Niedawne badanie przeprowadzone przez naukowców z Uniwersytetu… Uniwersytet Cambridge Oraz Instytut Maxa Plancka ds Badania polimerów Ujawnia pionierskie spostrzeżenia na temat zachowania cząsteczek wody.
Odkrycie to, które może zmienić na nowo modele podręcznikowe, ma ważne implikacje dla naszego zrozumienia nauk o klimacie i środowisku.
Cząsteczki wody i słona woda
Tradycyjnie uważano, że cząsteczki wody na powierzchni słonej wody, czyli roztworów elektrolitów, układają się w określony sposób.
To ustawienie odgrywa kluczową rolę w różnych procesach atmosferycznych i środowiskowych, takich jak parowanie wody oceanicznej, i stanowi integralną część chemii atmosfery i nauk o klimacie.
Dlatego kompleksowe zrozumienie zachowań powierzchniowych jest kluczem do rozwiązania problemu wpływu człowieka na naszą planetę.
Jednak tradycyjne metody badania tych powierzchni, zwłaszcza z wykorzystaniem techniki znanej jako generowanie sumy częstotliwości wibracyjnych (VSFG), mają swoje ograniczenia.
Generowanie częstotliwości sumy wibracyjnej (VSFG)
Chociaż VSFG może skutecznie mierzyć siłę wibracji molekularnych na tych krytycznych interfejsach, nie jest w stanie rozróżnić, czy sygnały te są dodatnie, czy ujemne.
W przeszłości luka ta prowadziła do niejednoznacznych interpretacji danych.
Zespół badawczy, korzystając z zaawansowanej wersji VSFG, znanej jako VSFG z wykrywaniem heterodyny (HD) w połączeniu z wyrafinowanym modelowaniem komputerowym, bezpośrednio stawił czoła tym wyzwaniom.
Ich podejście pozwoliło na dokładniejsze badanie różnych roztworów elektrolitów i ich zachowania na granicy faz powietrze-woda.
Rewolucyjne wyniki
To, co odkryto w wyniku tego badania, jest po prostu rewolucyjne. Wbrew od dawna panującemu przekonaniu, że jony tworzą podwójną warstwę elektryczną, kierując cząsteczki wody w jednym kierunku, badania pokazują zupełnie inny scenariusz.
Stwierdzono, że zarówno jony dodatnie (kationy), jak i jony ujemne (aniony) zostały wyczerpane na granicy faz woda/powietrze.
Co ciekawsze, kationy i aniony w prostych elektrolitach mogą kierować cząsteczki wody zarówno w górę, jak i w dół, wywracając do góry nogami obecne modele.
Doktor Yair Litman Youssef Hamid, Wydział Chemiiwspółpierwszy autor badania, wyjaśnia ustalenia.
„Nasza praca pokazuje, że powierzchnia prostych roztworów elektrolitów ma inny rozkład jonów niż wcześniej sądzono” – wyjaśnił Litman.
„Wzbogacona w jony dolna powierzchnia determinuje organizację granicy faz: na górze znajduje się kilka warstw czystej wody, następnie warstwa bogata w jony, a na końcu solanka”.
Implikacje dla badania cząsteczki wody
Powtarzając znaczenie tych odkryć, dr Kuo Yang-chiang z Instytutu Maxa Plancka, który jest także współpierwszym autorem, podkreśla łączne wykorzystanie wysokiego poziomu HD-VSFG i symulacji.
„Ten artykuł pokazuje, że połączenie wysokiego poziomu HD-VSFG i symulacji to nieocenione narzędzie, które przyczyni się do zrozumienia powierzchni międzyfazowych cieczy na poziomie molekularnym” – wyjaśnił Chiang.
Profesor Misha Boone, kierownik Katedry Spektroskopii Molekularnej na uczelni Instytut Maxa Plancka„Tego typu interfejsy istnieją wszędzie na planecie, więc badanie ich nie tylko pomoże nam w podstawowym zrozumieniu, ale może również prowadzić do powstania lepszych urządzeń i technologii” – mówi. „Stosujemy te same metody do badania interfejsów ciało stałe/ciecz, co może be Ma potencjalne zastosowania w bateriach i magazynowaniu energii.
Dodaje, że zespół stosuje te metody do badania granic faz ciało stałe/ciecz, które mogą mieć potencjalne zastosowania w takich obszarach, jak akumulatory i magazynowanie energii.
Podsumowując, badania te stanowią zmianę paradygmatu w modelowaniu chemii atmosfery i szeregu zastosowań, co stanowi ważny krok w naszym zrozumieniu procesów środowiskowych.
Jest świadectwem nieustannego dążenia do wiedzy i przemieniającej mocy badań naukowych w zmienianiu naszego rozumienia świata przyrody.
Pełne badanie opublikowano w czasopiśmie Chemia natury.
—–
Podoba Ci się to, co przeczytałem? Zapisz się do naszego newslettera, aby otrzymywać ciekawe artykuły, ekskluzywne treści i najnowsze aktualizacje.
Odwiedź nas w EarthSnap, bezpłatnej aplikacji udostępnionej przez Erica Rallsa i Earth.com.
—–