Naukowcy z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii oraz z Instytutu Maxa Plancka do Badań nad Polimerami w Niemczech dokonali przełomowego odkrycia dotyczącego organizacji cząsteczek w roztworach soli. Ich badania pokazują, że nałożone dotychczas modele molekularne wymagają rewizji.

Dotychczas sądzono, że elektrycznie naładowane cząsteczki, czyli jony, znajdują się na samej powierzchni roztworu. Nowe badania wykazały jednak, że jony te umiejscowione są w warstwie podpowierzchniowej. To odkrycie zmienia dotychczasowe rozumienie struktury roztworów elektrolitów i wymaga zmiany modeli prezentowanych w podręcznikach.

Eksperyment przeprowadzono za pomocą zaawansowanej techniki laserowej zwanej generacją sumacyjną częstotliwości wibracyjnej (VSFG), która pozwala na dokładne mierzenie wibracji molekularnych na najmniejszych skalach. Wspomagana przez modele neuronowe, technika ta umożliwiła naukowcom precyzyjne określenie, czy jony na powierzchni są dodatnio, czy ujemnie naładowane.

Badanie ujawniło również, że jony mogą być zorientowane zarówno „do góry”, jak i „do dołu”, co oznacza, że mają różnorodną fizyczną aranżację, a nie jednolitą, jak wcześniej sądzono. Yair Litman, teoretyczny chemik z Uniwersytetu Cambridge, wyjaśnia: „Na samej górze znajduje się kilka warstw czystej wody, następnie warstwa bogata w jony, a dopiero potem roztwór soli.”

To odkrycie nie tylko poprawia nasze zrozumienie procesów zachodzących na granicach cieczy elektrolitowych, ale także może mieć znaczenie dla innych modeli, takich jak te dotyczące powierzchni oceanów, które są kluczowe dla prognozowania skutków zmian klimatycznych.

Mischa Bonn, fizyk molekularny z Instytutu Maxa Plancka, podkreśla również potencjalne zastosowania tego odkrycia w rozwoju technologii, w tym w bateriach i magazynowaniu energii. „Takie interfejsy występują wszędzie na planecie, więc ich badanie pomaga nie tylko w zrozumieniu podstawowych zjawisk, ale może również przyczynić się do rozwoju lepszych urządzeń i technologii”.

Źródło: Nature