V pozoruhodnom posune od konvenčnej múdrosti, nedávna štúdia výskumníkov Cambridgeská univerzita a pre Inštitút Maxa Plancka výskum polymérov Odhaľuje bezprecedentný pohľad na správanie molekúl vody.
Tento objav, ktorý má prepracovať učebnicový model, má dôležité dôsledky pre naše chápanie klimatických a environmentálnych vied.
molekuly vody a slanej vody
Tradične sa rozumie, že molekuly vody na povrchoch slanej vody alebo roztokov elektrolytov sa zarovnávajú špecifickým spôsobom.
Toto zarovnanie hrá dôležitú úlohu v rôznych atmosférických a environmentálnych procesoch, ako je napríklad vyparovanie oceánskej vody, ktoré je neoddeliteľnou súčasťou atmosférickej chémie a klimatológie.
Preto je hlbšie pochopenie tohto povrchového správania rozhodujúce pre riešenie vplyvu človeka na našu planétu.
Tradičné metódy štúdia týchto povrchov, najmä pomocou techniky nazývanej generovanie súčtu vibrácií (VSFG), však majú svoje obmedzenia.
Generovanie súčtu a frekvencie vibrácií (VSFG)
Zatiaľ čo VSFG dokáže efektívne merať silu molekulárnych vibrácií na týchto kritických rozhraniach, nedokáže rozlíšiť, či sú tieto signály pozitívne alebo negatívne.
Tento rozdiel historicky viedol k nejednoznačným interpretáciám údajov.
Výskumný tím riešil tieto výzvy kombináciou vylepšenej verzie VSFG, známej ako heterodyn-detected (HD)-VSFG, so sofistikovaným počítačovým modelovaním.
Jeho prístup umožnil mikroskopickejšie štúdium rôznych roztokov elektrolytov a ich správania na rozhraní vzduch-voda.
revolučné výsledky
Odhalenia uskutočnené touto štúdiou nie sú menej ako revolučné. Na rozdiel od dlhodobého presvedčenia, že ióny tvoria elektrickú dvojitú vrstvu, ktorá orientuje molekuly vody rovnakým smerom, výskum ukazuje úplne iný scenár.
Zistilo sa, že z rozhrania voda/vzduch sú eliminované kladne nabité ióny (katióny) aj záporne nabité ióny (anióny).
Ešte zaujímavejšie je, že katióny a anióny jednoduchých elektrolytov môžu orientovať molekuly vody v smere nahor aj nadol, čím prevrátia existujúce modely.
Dr. Yair Litman z Yusuf Hamid Katedra chémieSpoluautor štúdie tieto zistenia podrobnejšie rozvádza.
„Naša práca ukazuje, že jednoduché roztoky elektrolytov majú na povrchu inú distribúciu iónov, než sa doteraz predpokladalo,“ vysvetlil Littman.
„Podpovrch bohatý na ióny určuje organizáciu rozhrania: na vrchu je niekoľko vrstiev čistej vody, potom vrstva bohatá na ióny, po ktorej nasleduje roztok soli.“
Dôsledky štúdia molekúl vody
Dr. Kuo-Yang Chiang z Inštitútu Maxa Plancka, tiež spoluprvý autor, potvrdzuje dôležitosť týchto zistení a zdôrazňuje kombinované použitie vysokoúrovňového HD-VSFG a simulácií.
„Tento dokument ukazuje, že kombinácia HD-VSFG na vysokej úrovni so simuláciou je neoceniteľným nástrojom, ktorý prispeje k pochopeniu kvapalných rozhraní na molekulárnej úrovni, “ vysvetlil Chiang.
Profesor Misha Bohn, vedúci oddelenia molekulárnej spektroskopie Inštitút Maxa Plancka, hovorí: „Tieto typy rozhraní sa vyskytujú všade na planéte, takže ich štúdium nielen pomôže nášmu základnému pochopeniu, ale môže viesť aj k lepším zariadeniam a technológiám. „Používame tie isté metódy na štúdium pevných a kvapalných rozhraní, ktoré môžu mať potenciálne aplikácie v batériách a skladovaní energie.“
Ďalej uviedol, že tím používa tieto metódy na štúdium rozhraní medzi pevnou látkou a kvapalinou, ktoré môžu mať potenciálne aplikácie v oblastiach, ako sú batérie a skladovanie energie.
Stručne povedané, tento výskum predstavuje zmenu paradigmy v rade modelov a aplikácií atmosférickej chémie, čo predstavuje významný pokrok v našom chápaní environmentálnych procesov.
Je to dôkaz pokračujúceho úsilia o poznanie a transformačnej sily vedeckého bádania pri pretváraní nášho chápania prírodného sveta.
Celá štúdia bola publikovaná v časopise prírodná chémia,
,
Ako čítate? Prihláste sa na odber nášho bulletinu a získajte zaujímavé články, exkluzívny obsah a najnovšie aktualizácie.
Pozrite si nás na EarthSnap, bezplatnej aplikácii, ktorú vám prinášajú Eric Rawls a Earth.com.
,
