miniatura|Seqüència d'esquerra a dreta d'escalfament d'una massa d'età a volum constant. Al panell central, s'observa una opalescència crítica. En física, l'opalescència crítica descriu el fenomen caracteritzat per l'augment dràstic de la dispersió de la llum en un sistema que experimenta una transició de fase contínua, o de segon ordre. Prop del punt crític, les propietats de les fases líquida i gasosa es tornen indistingibles. Les fluctuacions de densitat resultants són a una escala tan gran que dispersen la llum visible, donant a la substància un aspecte tèrbol o opalescent. Aquest fenomen és un indicador de la presència de fenòmens crítics en fluids i es pot observar en diversos materials quan es donen les condicions adequades.
Història El fenomen fou originalment observat pel físic francès Charles Cagniard de la Tour el 1823 en mescles d'alcohol i aigua, la seva importància va ser reconeguda pel químic irlandès Thomas Andrews el 1869 després dels seus experiments sobre la transició líquid-gas en diòxid de carboni. Se n'han descobert molts altres exemples des d'aleshores. El 1908, el físic polonès Marian Smoluchowski va ser el primer a atribuir el fenomen de l'opalescència crítica a grans fluctuacions de densitat. El 1910, Albert Einstein va quantificar el vincle entre l'opalescència crítica i la dispersió de Rayleigh.
Exemples Mescles de fluids binàries El fenomen apareix típicament en mescles de fluids binàries, com ara el metanol i el ciclohexà. A mesura que s'acosta al punt crític, les mides de la regió de gas i líquid comencen a fluctuar a escales de longitud cada cop més grans (la longitud de correlació del líquid divergeix). A mesura que les fluctuacions de densitat esdevenen d'una mida comparable a la longitud d'ona de la llum, la llum es dispersa i fa que el líquid normalment transparent aparegui tèrbol. És revelador que l'opalescència no disminueix a mesura que s'acosta al punt crític, on les fluctuacions més grans poden assolir fins i tot proporcions centimètriques, cosa que confirma la rellevància física de les fluctuacions més petites.
En aproximar-se al punt crític des de la direcció oposada, en cas de transició líquid-gas, la fase gasosa pot contenir gotes de líquid en forma de boira i esprai, i les bombolles de la fase líquida bullent en forma d'escuma. Lluny del punt crític, la gravetat fa que les gotes de líquid i les bombolles de gas s'acostin ràpidament cap a la interfície i la tensió superficial fa que les gotes i les bombolles es fusionin ràpidament amb altres de més grans, que s'assenten encara més ràpidament. Però a mesura que s'acosta al punt crític, la diferència de densitat entre el líquid i el vapor disminueix i també ho fa la tensió superficial. Aquests efectes alentiran l'assentament de gotes i bombolles i la seva fusió, de manera que es forma líquid bullent que cada cop és més refractari a l'assentament, tot apareixent boira fina i escuma al voltant de la interfície.
En el cas del punt crític líquid-líquid, els líquids de solubilitat limitada precipiten com a emulsions que, lluny del punt crític del costat immiscible, s'assenten fàcilment a la interfície. A mesura que s'acosta al punt crític, la diferència de densitat disminueix juntament amb la tensió superficial interficial, de manera que la precipitació té lloc cada cop més fina i refractària a l'emulsió de sedimentació.
Com que el punt crític líquid-gas es produeix a pressions superiors a 30 bar per a totes les substàncies excepte alguns gasos criogènics, demostrar-ho requereix un recipient transparent que sigui segur per sota de 30 bar, mentre que el punt crític líquid-líquid per a molts sistemes es pot demostrar a pressió ambient i temperatures moderades.
Altres exemples Els materials ferromagnètics també poden mostrar grans fluctuacions de dominis magnètics prop del punt de Curie. I com que la dispersió de neutrons es veu afectada pels moments magnètics dels àtoms, això crea una opalescència crítica. Concretament, si es dispara un feix de neutrons a un material ferromagnètic, a mesura que aquest s'acosta a la temperatura de Curie, comença a dispersar els neutrons com si es tornés opac a ells.
Vegeu també Opalescència Dispersió de la llum
Referències
Enllaços externs Un vídeo en time-lapse d'opalescència crítica en una mescla binària Relat del treball d'Einstein sobre la llum del dia i l'opalescència crítica, amb referències
https://web.archive.org/web/20071121073241/http://www.physicsofmatter.com/NotTheBook/CriticalOpal/Explanation.html https://web.archive.org/web/20041119135015/http://www.msm.cam.ac.uk/doitpoms/tlplib/solid-solutions/demo.php Categoria:Canvis d'estat