Comptes Rendus
no. 7-8
Physics/Applied physics
Phase-separation of miscible liquids in a centrifuge
[Séparation de phases des liquides miscibles dans une centrifugeuse]

Présenté par : Jacques Villain

Yoav Tsori1  ; Ludwik Leibler2
1 Department of Chemical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev, P.O. Box 653, 84105 Beer-Sheva, Israel
2 Laboratoire matière molle & chimie (UMR 7167), ESPCI, 10, rue Vauquelin, 75231 Paris cedex 05, France
Comptes Rendus. Physique, Volume 8 (2007) no. 7-8, pp. 955-960.

Nous prouvons qu'un mélange de liquides dans une phase homogène thermodynamiquement stable peut subir une transition de phase une fois centrifugé á une fréquence ω suffisamment élevée. Cette transition de phase est différente du cas habituel où deux liquides sont non-miscibles ou du cas où un processus lent de sédimentation d'un composant (par exemple un polymère) est accéléré par une centrifugation. Pour un mélange binaire, le couplage principal est dû à un terme ∝Δρ(ωr)2, où Δρ est la différence des densités entre les deux liquides et r est la distance de l'axe de rotation. Au-dessous de la température critique, il y a une rotation critique de fréquence ωc ; au-dessous d'ωc, de faibles gradients de densité prennent naissance. Quand ω>ωc, nous trouvons une interface mince entre le liquide de faible densité près du centre de la centrifugeuse et un liquide à haute densité loin du centre. Ces résultats peuvent être appropriés à divers processus de séparation et au contrôle de réactions chimiques, en particulier de leur cinétique.

We show that a liquid mixture in the thermodynamically stable homogeneous phase can undergo a phase-separation transition when rotated at sufficiently high frequency ω. This phase-transition is different from the usual case where two liquids are immiscible or where the slow sedimentation process of one component (e.g. a polymer) is accelerated due to centrifugation. For a binary mixture, the main coupling is due to a term ∝Δρ(ωr)2, where Δρ is the difference between the two liquid densities and r the distance from the rotation axis. Below the critical temperature there is a critical rotation frequency ωc, below which smooth density gradients occur. When ω>ωc, we find a sharp interface between the low density liquid close to the center of the centrifuge and a high density liquid far from the center. These findings may be relevant to various separation processes and to the control of chemical reactions, in particular their kinetics.

Reçu le :
Accepté le :
Publié le :
DOI : 10.1016/j.crhy.2007.09.017
Keywords: Centrifuge, Phase-transition, Critical frequency
Mot clés : Centrifugeuse, Transition des phases, Fréquence critique

Yoav Tsori 1 ; Ludwik Leibler 2

1 Department of Chemical Engineering, Ben-Gurion University of the Negev, P.O. Box 653, 84105 Beer-Sheva, Israel
2 Laboratoire matière molle & chimie (UMR 7167), ESPCI, 10, rue Vauquelin, 75231 Paris cedex 05, France 
@article{CRPHYS_2007__8_7-8_955_0,
     author = {Yoav Tsori and Ludwik Leibler},
     title = {Phase-separation of miscible liquids in a centrifuge},
     journal = {Comptes Rendus. Physique},
     pages = {955--960},
     publisher = {Elsevier},
     volume = {8},
     number = {7-8},
     year = {2007},
     doi = {10.1016/j.crhy.2007.09.017},
     language = {en},
}
TY  - JOUR
AU  - Yoav Tsori
AU  - Ludwik Leibler
TI  - Phase-separation of miscible liquids in a centrifuge
JO  - Comptes Rendus. Physique
PY  - 2007
SP  - 955
EP  - 960
VL  - 8
IS  - 7-8
PB  - Elsevier
DO  - 10.1016/j.crhy.2007.09.017
LA  - en
ID  - CRPHYS_2007__8_7-8_955_0
ER  - 
%0 Journal Article
%A Yoav Tsori
%A Ludwik Leibler
%T Phase-separation of miscible liquids in a centrifuge
%J Comptes Rendus. Physique
%D 2007
%P 955-960
%V 8
%N 7-8
%I Elsevier
%R 10.1016/j.crhy.2007.09.017
%G en
%F CRPHYS_2007__8_7-8_955_0
Yoav Tsori; Ludwik Leibler. Phase-separation of miscible liquids in a centrifuge. Comptes Rendus. Physique, Volume 8 (2007) no. 7-8, pp. 955-960. doi : 10.1016/j.crhy.2007.09.017. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2007.09.017/

[1] L.D. Landau; E.M. Lifshitz Statistical Physics, Butterworth–Heinemann, New York, 1980

[2] A. Onuki; H. Kitamura J. Chem. Phys., 121 (2004), pp. 3143-3151

[3] A. Onuki Phys. Rev. E, 3 (2006) (021506-1–021506-16)

[4] Y. Tsori; F. Tournilhac; L. Leibler Nature, 430 (2004), pp. 544-547

[5] Y. Tsori; L. Leibler Proc. Natl. Acad. Sci. (USA), 104 (2007), pp. 7348-7350

[6] Y. Tsori; D. Andelman Interface Sci., 11 (2003), pp. 259-268

[7] Y. Tsori Macromolecules, 40 (2007), pp. 1698-1702

[8] V.A. Baulin; A.R. Khokhlov Phys. Rev. E., 60 (1999), pp. 2973-2977

[9] J.X. Zhu; M. Li; R. Rogers; W. Meyer; R.H. Ottewill; W.B. Russell; P.M. Chaikin Nature, 387 (1997), pp. 883-885

[10] M. Sullivan; K. Zhao; C. Harrison; R.H. Austin; M. Megens; A. Hollingsworth; W.B. Russel; Z.D. Cheng; T. Mason; P.M. Chaikin J. Phys. Cond. Mat., 15 (2003), p. S11-S18

[11] Y. Tsori; L. Leibler Phys. Rev. E, 71 (2005) (032101-1–032101-2)

[12] J.V. Sengers; J.M.J. Van Leeuwen Physica A, 116 (1982), pp. 345-367

[13] H.K. Leung; B.N. Miller Phys. Rev. A, 12 (1975), pp. 2162-2167

[14] S.C. Greer; M.R. Moldover Ann. Rev. Phys. Chem., 32 (1981), pp. 233-265

[15] S.C. Greer; T.E. Block; C.M. Knobler Phys. Rev. Lett., 34 (1975), pp. 250-253

[16] M.R. Moldover; J.V. Sengers; R.W. Gammon; R.J. Hocken Rev. Mod. Phys., 51 (1979), pp. 79-99

[17] A. Boyum Scandinavian Journal of Clinical & Laboratory Investigation Suppl., 97 (1968), p. S21-S77

[18] S. Starobinets; V. Yakhot; L. Esterman Phys. Rev. A, 20 (1979), pp. 2582-2589

[19] S.A. Safran Statistical Thermodynamics of Surfaces, Interfaces, and Membranes, Westview Press, Boulder, 2003

[20] J. Mang; M. Ungarish; U. Schaflinger Internat. J. Multiphase Flow, 27 (2001), pp. 197-215

Cité par Sources :

Commentaires - Politique