Termodinâmica do não-equilíbrio de jardins químicos

• Processo: 23/03984-3
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2023
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2025
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Martina Costa Reis
• Beneficiário: Martina Costa Reis
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Ardson dos Santos Vianna Junior
• Bolsa(s) vinculada(s): 24/04996-8 - Síntese de jardins químicos pelo método de injeção, BP.TT
• Assunto(s): Termodinâmica Auto-organização Dinâmica dos fluidos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Auto-Organização | Jardins químicos | Simulações de fluidodinâmica | Termodinâmica do não-equilíbrio | Termodinâmica do não-equilíbrio

Resumo

Jardins químicos- precipitados ocos com aspecto dendrítico formados quando um cristal de sal metálico é imerso em uma solução alcalina de silicato, sulfato ou carbonato de sódio- são talvez o exemplo mais icônico de auto-organização em sistemas químicos. Ao contrário das estruturas dissipativas que emergem das reações de Belousov-Zhabotinsky e Briggs-Rauscher, jardins químicos são estruturas permanentes que têm sido exploradas no desenvolvimento de cimentos, dispositivos microfluídicos e sistemas de filtração. No entanto, embora as condições experimentais que levam à formação de jardins químicos sejam bastante conhecidas, ainda não há na literatura modelos fenomenológicos que permitam explicar a dinâmica de formação e crescimento dos precipitados. Em vista do exposto, neste projeto, um modelo de reação-difusão baseado na equação de Darcy-Brinkman-Stokes será usado para descrever como o acoplamento de reações químicas não-lineares com o transporte difusivo de massa cria condições para a formação e crescimento de jardins químicos. Em particular, foco será dado ao transporte interfacial de massa que é responsável pelo espessamento das paredes dos precipitados e pela pressão desenvolvida no interior destes. Além disso, visando possíveis aplicações práticas nas áreas de corrosão, microfluídica e até mesmoastrobiologia, a influência de campos externos, tais como gravidade e campo elétrico, sobre os padrões de evolução de jardins químicos será investigada através de análises de bifurcação das estruturas dissipativas. Os resultados obtidos neste projeto serão relevantes não apenas para a área de termodinâmica do não-equilíbrio, mas também para um emergente campo de pesquisa conhecido como chemobrionics cujo objetivo é o estudo dos processos de auto-organização em sistemas de precipitação visando possíveis aplicações práticas. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

REIS, MARTINA COSTA. Gravity-Induced Symmetry Breaking in Chemical Gardens. ACS OMEGA, v. N/A, p. 7-pg., 2025-01-28. (23/03984-3)