By 
Новаторські дослідження показують, що молекули води на поверхні солоної води поводяться інакше, ніж вважалося раніше, відкриваючи нові перспективи для екологічної науки та технологій. Після того, як команда дослідників виявила, що молекули води на поверхні солоної води організовані інакше, ніж вважалося раніше, потрібно буде перемалювати моделі підручників.
Багато важливих реакцій, пов’язаних із кліматичними та екологічними процесами, відбуваються там, де молекули води взаємодіють із повітрям. Наприклад, випаровування океанської води відіграє важливу роль у хімії атмосфери та науці про клімат. Розуміння цих реакцій має вирішальне значення для пом’якшення впливу людини на нашу планету.
Розподіл іонів на межі розділу повітря і води може впливати на атмосферні процеси. Однак точне розуміння мікроскопічних реакцій на цих важливих інтерфейсах досі інтенсивно обговорювалося.
Інноваційні методи дослідження
У статті, опублікованій сьогодні (15 січня) у журналі Nature Chemistry , дослідники з Кембриджського університету та Інституту полімерних досліджень Макса Планка в Німеччині показали, що іони та молекули води на поверхні більшості розчинів солоної води, відомих як електроліт рішення, організовані зовсім іншим способом, ніж традиційно розуміти. Це може призвести до кращих моделей хімії атмосфери та інших застосувань.
Дослідники вирішили вивчити, як на молекули води впливає розподіл іонів у точній точці, де зустрічаються повітря та вода. Традиційно це робилося за допомогою техніки, яка називається генерацією коливальної суми частот (VSFG). За допомогою цієї техніки лазерного випромінювання можна вимірювати молекулярні коливання безпосередньо на цих ключових інтерфейсах. Однак, незважаючи на те, що силу сигналів можна виміряти, метод не вимірює, чи є сигнали позитивними чи негативними, що ускладнювало інтерпретацію результатів у минулому. Крім того, використання лише експериментальних даних може дати неоднозначні результати.
Команда подолала ці труднощі, використовуючи більш складну форму VSFG, яка називається гетеродинне-детектованим (HD)-VSFG, для вивчення різних розчинів електролітів. Потім вони розробили передові комп’ютерні моделі для моделювання інтерфейсів у різних сценаріях.
Революція традиційних моделей
Об’єднані результати показали, що як позитивно заряджені іони, які називаються катіонами, так і негативно заряджені іони, які називаються аніонами, виснажуються на поверхні розділу вода/повітря. Катіони та аніони простих електролітів орієнтують молекули води як вгору, так і вниз. Це зміна моделей підручників, які вчать, що іони утворюють подвійний електричний шар і орієнтують молекули води лише в одному напрямку.
Співавтор, доктор Яїр Літман з кафедри хімії Юсуфа Хаміда, сказав: «Наша робота демонструє, що поверхня простих розчинів електролітів має інший розподіл іонів, ніж вважалося раніше, і що збагачена іонами підповерхня визначає, як організована поверхня розділу. : на самому верху є кілька шарів чистої води, потім шар, збагачений іонами, і, нарешті, сольовий розчин».
Співавтор, доктор Куо-Янг Чіанг з Інституту Макса Планка, сказав: «Ця стаття показує, що поєднання HD-VSFG високого рівня з моделюванням є безцінним інструментом, який сприятиме розумінню рідинних інтерфейсів на молекулярному рівні».
Професор Міша Бонн, який очолює відділ молекулярної спектроскопії Інституту Макса Планка, додав: «Ці типи інтерфейсів зустрічаються всюди на планеті, тому їх вивчення не тільки допомагає нашому фундаментальному розумінню, але також може привести до кращих пристроїв і технологій. Ми застосовуємо ті самі методи для вивчення твердих і рідинних інтерфейсів, які можуть мати потенційне застосування в акумуляторах і накопичувачах енергії».
Comments