Химики "призвали" демона Максвелла ради науки

Для понимания сложных процессов мировой экономики и законов физики учёные нередко используют мысленные эксперименты с участием вымышленных существ, таких как демоны и джинны.

Фото: open.spotify.com by https://open.spotify.com/playlist/7mZZkjpyoY83wHbssEtzNF is licensed under Commons, the free media repository

Один из самых известных примеров — демон Максвелла, предложенный шотландским физиком Джеймсом Максвеллом в 1867 году, который иллюстрировал процессы, противоречащие второму закону термодинамики.

Недавно группа британских химиков под руководством Джонатана Нитшке из Кембриджского университета разработала "химический насос", который воплощает в жизнь мысленный эксперимент Максвелла на макроуровне. Это устройство, использующее светочувствительное вещество орто-фторазобензол и железный раствор, функционирует как "демон", создавая градиент концентраций молекул на расстоянии нескольких сантиметров.

Когда один из изгибов U-образной трубки, заполненной орто-фторазобензолом, облучали светом, вещество изменяло свою структуру, позволяя железному раствору переносить его молекулы на другой изгиб трубки. Этот процесс создавал градиент концентраций, который в природе невозможен без внешнего вмешательства. Введение нафталина в систему увеличивало эффективность процесса почти вдвое.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Chemistry, демонстрирует, что такая система может значительно снизить затраты энергии на процессы химического разделения, которые традиционно требуют интенсивного нагрева и охлаждения.