2 líquidos de diferente densidad en el espacio profundo

La cuestión de si dos líquidos se mezclan o no tiene que ver principalmente con las fuerzas intermoleculares, no con las densidades. Estas fuerzas conducen a la propiedad a granel conocida como potencial químico.

Suponiendo que el experimento se realiza en una cabina presurizada, la temperatura y la presión ambientales pueden tomar valores ordinarios como STP (temperatura ambiente, 1 atmósfera de presión).

A una temperatura y presión tan ordinarias, lo que sucede con el aceite y el agua es que el fluido consta de dos partes, una de las cuales es principalmente (pero no completamente) agua y la otra es principalmente (pero no completamente) aceite. La entropía del sistema más el entorno se maximiza cuando se minimiza la función de Gibbs, con el resultado de que el aceite no se disuelve por completo, sino que el líquido consta de estas dos partes. Las dos partes se juntarán en lugares separados para minimizar cualquier área límite donde haya tensión superficial y también en respuesta a cualquier fuerza ambiental como la gravedad.

En ausencia de gravedad, por lo tanto, uno espera una gota de un líquido y una gota del otro. Hay tres tipos de límites: agua-petróleo, agua-aire, petróleo-aire, cada uno con una tensión superficial diferente. Creo que el límite agua-aire tiene la tensión superficial más alta, lo que sugiere que el petróleo rodeará el agua para eliminar este límite. Por lo tanto, si hay suficiente petróleo, espero que la configuración de equilibrio sea una esfera de agua rodeada por una capa esférica de petróleo. En cantidades más pequeñas de aceite, supongo que el aceite se extenderá sobre la superficie del agua, sin cubrirla del todo.

Quizás la configuración con el menor potencial de Gibbs tenga alguna otra forma (dependiendo de las proporciones de aceite y agua), pero la configuración de equilibrio seguramente constará de dos partes con diferentes concentraciones como he dicho, a menos que la temperatura sea alta. A alta temperatura, los dos fluidos se disuelven completamente uno en el otro y entonces tendrías una sola sustancia continua, no dos.

Sin gravedad y sin impulso dado a las gotas de fluido, supongo que permanecerían una dentro de la otra y no harían nada. Si está presente, la gravedad jugaría con las gotas de fluido al hacer que el fluido menos denso (el petróleo) se eleve en relación con el fluido más denso, debido a la flotabilidad . El petróleo también "subiría" si la nave espacial girara debido a la mayor inercia del agua más densa. Si la gota de aceite se inyectó descentrada, o si la capa de agua circundante era tan delgada que la distancia mínima entre las interfaces aceite-agua y agua-aire está en la escala de la longitud del capilar, podría suceder algo raro . Supongo que la gota de agua y la gota de aceite podrían cambiar de lugar a medida que el agua (que tiene una tensión superficial más alta)que el aceite) trata de minimizar su energía superficial asumiendo el tamaño más pequeño posible: una gota esférica de radio$r$tendría una energía superficial más pequeña que una capa de radios interior y exterior$r$y$r+\delta r$, respectivamente.

La razón por la que el agua y el petróleo no se mezclan en la Tierra no tiene que ver con sus densidades. El agua es una molécula polar, lo que significa que tiene distintas regiones que tienen carga más positiva o negativa. El aceite no es polar, lo que significa que no tiene diferencias de carga a lo largo de la molécula. Como regla general, “lo similar disuelve lo similar”; lo que significa que un solvente polar disolverá un soluto polar, o un solvente no polar disolverá un soluto no polar. Debido a que el agua es polar pero el aceite no lo es, no formarán una solución cuando se mezclen.

Así que culpe a las diferencias en la polaridad por la falta de mezcla, pero la gravedad juega un papel en la forma en que el petróleo se acumula sobre el agua. El agua tiene una densidad de$1.0\ \mathrm {g/cm^3}$, donde el aceite tiene una densidad de aproximadamente$0.92 \ \mathrm {g/cm^3}$dependiendo del aceite. Como resultado, el petróleo descansa sobre el agua en la Tierra. Sin embargo, incluso en ausencia de la gravedad, el agua y el aceite aún se separarían en líquidos distintos, pero la forma en que estos líquidos se organizan no dependería de la gravedad y la densidad.

Sugieres inyectar el aceite dentro del agua. Si lo hace con mucho cuidado y lentamente, probablemente podrá hacer que el aceite forme una burbuja dentro del agua. Sin embargo, si inyecta demasiado rápido, perturbaría el agua lo suficiente como para que se volviera turbulenta, y el aceite y el agua se romperían en distintas "burbujas", pero no se colocarían en capas ni se organizarían de manera significativa.

Básicamente, el aceite permanecería dentro del agua hasta que sobrepresiones la inyección de aceite. Entonces se convertiría en burbujas de agua y burbujas de aceite.

https://www.nasa.gov/centers/marshall/news/background/facts/mfmg.html

Este experimento para fluidos miscibles cita información descubierta anteriormente y las teorías sobre fluidos inmiscibles. Inyectado en el agua, primero debe formar una corriente de gotas. Puede haber migración.

Los objetos menos densos se elevan solo si hay gravedad. Entonces las gotas permanecen como tales. :)

Cualquier posible desviación se debe a las fuerzas gravitatorias sobre el petróleo debido al agua y viceversa. Dado que el agua tiene una fuerte fuerza cohesiva, mucho más fuerte que cualquier atracción gravitatoria posible (suponiendo una gota de tamaño promedio), las gotas deben permanecer intactas.

Esto tiene algo que ver con la tensión superficial, digamos que tienes una aguja y luego la pones en un vaso de agua y flotará correctamente. Esto se debe a que las moléculas de agua atraen moléculas hacia ellas, esto se debe principalmente a la cohesión. En gravedad cero, el agua y el aceite no se mezclarán debido a las densidades. Cuando las gotas son pequeñas, la gravedad no puede superarlas, por lo que se mezclan.