In een duidelijke verschuiving ten opzichte van traditionele kennis blijkt uit een recent onderzoek uitgevoerd door onderzoekers van de Universiteit van… Cambridge Universiteit En het Max Planck Instituut Polymeer onderzoek Onthult baanbrekende inzichten in het gedrag van watermoleculen.
Deze ontdekking, die op het punt staat leerboekmodellen te hertekenen, heeft belangrijke implicaties voor ons begrip van klimaat- en milieuwetenschappen.
Watermoleculen en zout water
Traditioneel werd begrepen dat watermoleculen op de oppervlakken van zout water, of elektrolytoplossingen, op een bepaalde manier uitgelijnd waren.
Deze afstemming speelt een cruciale rol in verschillende atmosferische en ecologische processen, zoals de verdamping van oceaanwater, en is een integraal onderdeel van de atmosferische chemie en klimaatwetenschap.
Daarom is een alomvattend begrip van dit oppervlaktegedrag van cruciaal belang voor het aanpakken van de menselijke impact op onze planeet.
Traditionele methoden voor het bestuderen van deze oppervlakken, vooral met behulp van een techniek die bekend staat als vibrationele frequentiesomgeneratie (VSFG), hebben echter hun beperkingen gehad.
Opwekking van trillingssomfrequenties (VSFG)
Hoewel VSFG de sterkte van moleculaire trillingen op deze kritische grensvlakken effectief kan meten, kan het niet onderscheiden of deze signalen positief of negatief zijn.
Deze kloof heeft historisch gezien geleid tot dubbelzinnige interpretaties van gegevens.
Het onderzoeksteam heeft, met behulp van een geavanceerde versie van VSFG, bekend als Heterodyne-detected (HD)-VSFG, gecombineerd met geavanceerde computermodellering, deze uitdagingen frontaal aangepakt.
Hun aanpak maakte een nauwkeuriger onderzoek mogelijk van verschillende elektrolytoplossingen en hun gedrag op het lucht-watergrensvlak.
Revolutionaire resultaten
Wat uit dit onderzoek naar voren kwam, is niets minder dan revolutionair. In tegenstelling tot de lang gekoesterde overtuiging dat ionen een elektrische dubbele laag vormen, die watermoleculen in één richting sturen, laat het onderzoek een heel ander scenario zien.
Zowel positieve ionen (kationen) als negatieve ionen (anionen) worden uitgeput aangetroffen op het grensvlak water/lucht.
Interessanter is dat kationen en anionen in eenvoudige elektrolyten watermoleculen zowel in opwaartse als in neerwaartse richting kunnen sturen, waardoor de huidige modellen op hun kop worden gezet.
Dr. Yair Litman van Youssef Hamid, afdeling scheikundeco-eerste auteur van het onderzoek, legt de bevindingen uit.
“Ons werk laat zien dat het oppervlak van eenvoudige elektrolytoplossingen een andere ionische verdeling heeft dan eerder werd gedacht”, legt Litman uit.
“Het met ionen verrijkte bodemoppervlak bepaalt de organisatie van het grensvlak: bovenaan bevinden zich een paar lagen zuiver water, dan een ionenrijke laag, gevolgd door de bulkzoutoplossing.”
Implicaties voor de studie van het watermolecuul
In navolging van het belang van deze bevindingen benadrukt Dr. Kuo Yang-chiang van het Max Planck Instituut, tevens co-eerste auteur, het gecombineerde gebruik van HD-VSFG op hoog niveau en simulaties.
“Dit artikel toont aan dat de combinatie van HD-VSFG op hoog niveau en simulaties een hulpmiddel van onschatbare waarde is dat zal bijdragen aan het begrip van vloeistofinterfaces op moleculair niveau”, legt Chiang uit.
Professor Misha Boone, hoofd van de afdeling Moleculaire Spectroscopie aan de universiteit Max Planck Instituut“Dit soort interfaces bestaan overal op de planeet, dus het bestuderen ervan draagt niet alleen bij aan ons basisbegrip, maar kan ook leiden tot betere apparaten en technologieën. We passen dezelfde methoden toe om vaste/vloeibare interfaces te bestuderen, wat kan leiden tot betere apparaten en technologieën.” be Het heeft potentiële toepassingen in batterijen en energieopslag.
Hij voegt eraan toe dat het team deze methoden toepast om vast/vloeistof-interfaces te bestuderen, die potentiële toepassingen zouden kunnen hebben op gebieden als batterijen en energieopslag.
Samenvattend is dit onderzoek een paradigmaverschuiving in de modellering van de atmosferische chemie en een reeks toepassingen, en vertegenwoordigt het een belangrijke stap in ons begrip van milieuprocessen.
Het is een bewijs van het meedogenloze streven naar kennis en de transformerende kracht van wetenschappelijk onderzoek bij het hervormen van ons begrip van de natuurlijke wereld.
Het volledige onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurchemie.
—–
Vind je het leuk wat ik lees? Abonneer u op onze nieuwsbrief en ontvang boeiende artikelen, exclusieve inhoud en de laatste updates.
Bezoek ons op EarthSnap, een gratis app aangeboden door Eric Ralls en Earth.com.
—–
