In netto cambiamento rispetto alle conoscenze tradizionali, un recente studio condotto da ricercatori dell'Università di… università di Cambridge E l'Istituto Max Planck Ricerca sui polimeri Rivela intuizioni pionieristiche sul comportamento delle molecole d'acqua.
Questa scoperta, che è pronta a ridisegnare i modelli dei libri di testo, ha importanti implicazioni per la nostra comprensione delle scienze climatiche e ambientali.
Molecole d'acqua e acqua salata
Tradizionalmente, si pensava che le molecole d'acqua sulle superfici dell'acqua salata, o soluzioni elettrolitiche, si allineassero in un certo modo.
Questo allineamento gioca un ruolo fondamentale in vari processi atmosferici e ambientali, come l’evaporazione dell’acqua oceanica, ed è parte integrante della chimica dell’atmosfera e della scienza del clima.
Pertanto, una comprensione completa di questi comportamenti superficiali è fondamentale per affrontare l’impatto umano sul nostro pianeta.
Tuttavia, i metodi tradizionali per studiare queste superfici, in particolare utilizzando una tecnica nota come generazione della somma delle frequenze vibrazionali (VSFG), hanno avuto i loro limiti.
Generazione della frequenza della somma vibrante (VSFG)
Sebbene il VSFG possa misurare efficacemente la forza delle vibrazioni molecolari in queste interfacce critiche, non è in grado di distinguere se questi segnali siano positivi o negativi.
Questo divario ha storicamente portato a interpretazioni ambigue dei dati.
Il gruppo di ricerca, utilizzando una versione avanzata di VSFG, nota come Heterodyne-detected (HD)-VSFG, combinata con una sofisticata modellazione computerizzata, ha affrontato queste sfide frontalmente.
Il loro approccio ha consentito uno studio più preciso delle diverse soluzioni elettrolitiche e del loro comportamento all'interfaccia aria-acqua.
Risultati rivoluzionari
Ciò che è stato scoperto da questo studio è niente di meno che rivoluzionario. Contrariamente alla credenza di lunga data secondo cui gli ioni formano un doppio strato elettrico, dirigendo le molecole d’acqua in una direzione, la ricerca dimostra uno scenario completamente diverso.
Sia gli ioni positivi (cationi) che gli ioni negativi (anioni) si trovano esauriti nell'interfaccia acqua/aria.
Ancora più interessante, i cationi e gli anioni negli elettroliti semplici possono dirigere le molecole d’acqua sia verso l’alto che verso il basso, ribaltando i modelli attuali.
Dottor Yair Litman Youssef Hamid, Dipartimento di Chimicaco-primo autore dello studio, spiega i risultati.
“Il nostro lavoro mostra che la superficie di semplici soluzioni elettrolitiche ha una distribuzione ionica diversa da quanto si pensasse in precedenza”, ha spiegato Litman.
“La superficie inferiore arricchita di ioni determina l’organizzazione dell’interfaccia: nella parte superiore ci sono alcuni strati di acqua pura, poi uno strato ricco di ioni, seguito dalla salamoia”.
Implicazioni per lo studio della molecola d'acqua
Facendo eco all’importanza di questi risultati, il dottor Kuo Yang-chiang del Max Planck Institute, che è anche co-primo autore, evidenzia l’uso combinato di HD-VSFG di alto livello e simulazioni.
“Questo articolo dimostra che la combinazione di HD-VSFG di alto livello e simulazioni è uno strumento inestimabile che contribuirà alla comprensione a livello molecolare delle interfacce liquide”, ha spiegato Chiang.
La professoressa Misha Boone, che dirige il Dipartimento di spettroscopia molecolare dell'università Istituto Max Planck“Questi tipi di interfacce esistono ovunque sul pianeta, quindi studiarle non solo aiuta la nostra comprensione di base, ma potrebbe anche portare a dispositivi e tecnologie migliori”, afferma. “Applichiamo questi stessi metodi per studiare le interfacce solido/liquido, che possono essere Ha potenziali applicazioni nelle batterie e nello stoccaggio dell'energia.
Aggiunge che il team sta applicando questi metodi per studiare le interfacce solido/liquido, che potrebbero avere potenziali applicazioni in settori quali le batterie e lo stoccaggio dell'energia.
In sintesi, questa ricerca rappresenta un cambiamento di paradigma nella modellazione della chimica atmosferica e in una serie di applicazioni, che rappresentano un passo importante nella nostra comprensione dei processi ambientali.
È una testimonianza dell’incessante ricerca della conoscenza e del potere di trasformazione della ricerca scientifica nel rimodellare la nostra comprensione del mondo naturale.
Lo studio completo è stato pubblicato sulla rivista Chimica della natura.
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