|
Открытие молекулы воды противоречит моделям в учебниках
|
|
|
|
Учебные модели придется перерисовать после того, как группа исследователей обнаружила, что молекулы воды на поверхности соленой воды организованы иначе, чем считалось ранее. Многие важные реакции, связанные с климатом и экологическими процессами, происходят там, где молекулы воды взаимодействуют с воздухом. Например, испарение океанской воды играет важную роль в химии атмосферы и науке о климате. Понимание этих реакций имеет решающее значение для усилий по смягчению воздействия человека на нашу планету. Распределение ионов на границе раздела воздуха и воды может влиять на атмосферные процессы. Однако точное понимание микроскопических реакций на этих важных границах раздела до сих пор активно обсуждается.
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry, исследователи из Кембриджского университета и Института исследования полимеров Макса Планка в Германии показывают, что ионы и молекулы воды на поверхности большинства растворов соленой воды, известных как растворы электролитов, организованы в совершенно иным способом, чем традиционно понимается. Это может привести к улучшению моделей химии атмосферы и другим приложениям. Исследователи задались целью изучить, как на молекулы воды влияет распределение ионов именно в той точке, где встречаются воздух и вода. Традиционно это делалось с помощью метода, называемого генерацией суммарной частоты колебаний (VSFG). С помощью этого метода лазерного излучения можно измерять молекулярные колебания непосредственно на этих ключевых границах раздела.
|
|
|
Однако, хотя силу сигналов можно измерить, этот метод не позволяет определить, являются ли сигналы положительными или отрицательными, что затрудняло интерпретацию результатов в прошлом. Кроме того, использование только экспериментальных данных может дать неоднозначные результаты. Команда преодолела эти проблемы, используя более сложную форму VSFG, называемую гетеродин-детектируемым (HD)-VSFG, для изучения различных растворов электролитов. Затем они разработали усовершенствованные компьютерные модели для моделирования интерфейсов в различных сценариях. Объединенные результаты показали, что как положительно заряженные ионы, называемые катионами, так и отрицательно заряженные ионы, называемые анионами, удаляются с границы раздела вода/воздух. Катионы и анионы простых электролитов ориентируют молекулы воды как вверх, так и вниз. Это полная противоположность моделям из учебников, которые учат, что ионы образуют двойной электрический слой и ориентируют молекулы воды только в одном направлении.
|
|
|
|
Соавтор исследования д-р Яир Литман из химического факультета Юсуфа Хамида сказал: «Наша работа демонстрирует, что поверхность растворов простых электролитов имеет другое распределение ионов, чем считалось ранее, и что обогащенная ионами подповерхностная поверхность определяет, как будет выглядеть граница раздела. организована: на самом верху находится несколько слоев чистой воды, затем слой, богатый ионами, и, наконец, объемный раствор соли». Соавтор, доктор Куо-Янг Чан из Института Макса Планка, сказал: «Эта статья показывает, что сочетание HD-VSFG высокого уровня с моделированием является бесценным инструментом, который будет способствовать пониманию границ раздела жидкостей на молекулярном уровне». Профессор Миша Бонн, возглавляющий отдел молекулярной спектроскопии Института Макса Планка, добавил: «Такие типы интерфейсов встречаются повсюду на планете, поэтому их изучение не только помогает нашему фундаментальному пониманию, но также может привести к созданию более совершенных устройств и технологий. применяя те же методы для изучения границ раздела твердого тела и жидкости, которые могут иметь потенциальное применение в батареях и накопителях энергии».
|
|
|
|
Источник
|
