Description: Kleine deeltjes die elkaar licht aantrekken, zinken sneller door een vloeistof dan even grote niet-aantrekkende deeltjes. Onderzoekers aan de Universiteiten van Twente, Granada (Spanje) en Oxford (Engeland) hebben door middel van computer simulaties ontdekt dat de bezinkingssnelheid op een verrassende manier van de deeltjesconcentratie afhangt. Dit publiceren ze in Physical Review Letters van 12 februari.
Wederzijdse aantrekking laat kleine deeltjes sneller zinken
15 februari 2010
Kleine deeltjes die elkaar licht aantrekken, zinken sneller door een
vloeistof dan even grote niet-aantrekkende deeltjes. Onderzoekers aan
de Universiteiten van Twente, Granada (Spanje) en Oxford (Engeland)
hebben door middel van computer simulaties ontdekt dat de
bezinkingssnelheid op een verrassende manier van de
deeltjesconcentratie afhangt. Dit publiceren ze in Physical Review
Letters van 12 februari.
Verf, inkt, cosmetica en voedselwaren, zoals melk, boter en ijs,
bestaan uit kleine deeltjes (1 nanometer tot 10 micrometer) opgelost
in een vloeistof. Dit zijn zogeheten colloïdale oplossingen. Ook
eiwitten en cellen kunnen als biologische colloïden worden beschouwd.
Een eigenschap van deze deeltjes is dat ze elkaar aantrekken als ze
bij elkaar in de buurt komen, en zo clusters vormen. Deze clusters
stoten elkaar vervolgens weer af. In het gerenommeerde
wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters van 12 februari
publiceert Johan Padding, ten tijde van het onderzoek medewerker van
de vakgroep Computational Biophysics, hoe hij samen met onderzoekers
uit Granada (Spanje) en Oxford (Engeland) nieuwe simulatietechnieken
heeft ingezet om licht te werpen op de invloed van wederzijdse lichte
aantrekking tussen de deeltjes op hun bezinkingssnelheid door een
vloeistof.
Bezinking
De onderzoekers vonden dat bij lage deeltjesconcentratie de
bezinkingssnelheid groter wordt als de onderlinge aantrekking en
concentratie toeneemt. Dit is precies in overeenstemming met een
theorie uit 1982 van prof. Batchelor. Het is de eerste keer dat deze
theorie bevestigd wordt voor colloïdale oplossingen. Een verrassende
vondst was dat bij hogere deeltjesconcentratie de bezinkingssnelheid
weer afneemt, wat leidt tot een maximum in de bezinkingssnelheid bij
een deeltjesconcentratie van ongeveer vijf procent. De onderzoekers
verklaren dit door de afstanden van deeltjes binnen een cluster te
vergelijken met de afstanden tussen clusters. Zodra de ruimte tussen
naburige deeltjes kleiner wordt dan de straal van een deeltje, is er
geen sprake meer van losse deeltjes, en moet de vloeistof tussen de
deeltjes door geperst worden. In dat geval is de lichte aantrekking
tussen de deeltjes niet langer relevant, en gaat de bezinkingssnelheid
weer omlaag.
"Dit is een relevant resultaat voor de wetenschap omdat colloïdale
deeltjes elkaar bijna altijd aantrekken. Er zijn ook praktische
gevolgen, bijvoorbeeld voor de stabiliteit van verf, afvalwater
behandeling en analysetechnieken voor biologische systemen zoals
ultracentrifuge, waar regelmatig de analogie tussen colloïdale
systemen en eiwitten wordt gebruikt. Veel van dergelijke technieken
worden niet bij lage concentratie toegepast, en als dat wel het geval
is, dan is dat vaak om de analyse te vergemakkelijken. Simulaties,
zoals wij gedaan hebben, kunnen helpen de metingen efficiënter en
nauwkeuriger te maken," aldus Padding.
PRL
Afbeelding: Snapshot uit een simulatie van 5000 colloïdale deeltjes
van 1 micrometer in water. Onder invloed van zwaartekracht zinken de
deeltjes langzaam omlaag.
Universiteit Twente