Ustalenia w tej sprawie, będące dziełem przedstawicieli Uniwersytetu w Cambridge oraz Max-Planck-Institut für Polymerforschung, zostały zaprezentowane na łamach Nature Chemistry. Wyciągnięte wnioski powinny przełożyć się na szereg praktycznych zastosowań, poczynając od badań poświęconych klimatowi, a na nowinkach technologicznych kończąc.
Czytaj też: Rozwiązanie tej zagadki wymagało wyjątkowych środków. Pomógł symulator kwantowy
Opracowany przez członków zespołu badawczego model opisujący zachowanie cząsteczek na powierzchni słonej wody stoi w sprzeczności z tymi, które brano pod uwagę do tej pory. Czego dokładnie dowiedli autorzy? Przede wszystkim tego, że układ jonów i cząsteczek wody na powierzchni roztworów elektrolitów, które występują głównie w słonej wodzie, okazuje się sprzeczny z powszechnie przyjętymi teoriami.
W toku prowadzonych eksperymentów badacze wykorzystali technikę znaną jako HD-VSFG (heterodyne-detected vibrational sum-frequency generation), aby jak najlepiej zrozumieć zachowanie cząsteczek wody na styku powietrza i wody. O ile w przypadku podstawowej wersji tej metody, czyli VSFG, mierzy się siłę sygnału, tak dzięki HD-VSFG można odróżnić pozytywny i negatywny charakter tych sygnałów. Dzięki nowatorskiemu podejściu członkom zespołu udało się opracowąć rozbudowane modele, za sprawą których symulowali poszczególne warianty.
W centrum zainteresowania naukowców znalazły się modele dotyczące zachowania cząstek na powierzchni słonej wody
Czego się dowiedzieli? Podstawowym wnioskiem było to, że liczebność kationów, czyli dodatnio naładowanych jonów oraz anionów (ujemnie naładowanych jonów) na granicy faz woda/powietrze wydawała się zaskakująco niska. Poza tym badacze odnotowali, iż jony prostych elektrolitów ukierunkowują cząsteczki wody nie tylko w górę, ale również w dół, co stoi w sprzeczności z przekonaniem, jakoby konfiguracja miała tylko jednokierunkowy charakter.
Przeprowadzone badania dostarczyły rezultatów, które cieszą z dwóch powodów. Po pierwsze, naukowcy wykazali przydatność zastosowanego przez nich narzędzia. Po drugie natomiast, usprawnione modelowanie powinno przełożyć się na szereg praktycznych korzyści. Mówi się między innymi o tym, jak parowanie wody oceanicznej jest powiązane z opisywanymi interakcjami molekularnymi. Proces ten odgrywa istotną rolę w kształtowaniu klimatu naszej planety, dlatego dokonane postępy pozwolą na lepsze określenie stopnia wpływu człowieka na warunki panujące na Ziemi.
Czytaj też: To najniższa temperatura we wszechświecie. Czy da się ją osiągnąć na Ziemi?
Tego typu interfejsy występują w każdym zakątku naszej planety, dlatego badanie ich nie tylko pomaga w fundamentalnym zrozumieniu, ale może również prowadzić do powstania lepszych urządzeń i technologii. Stosujemy te same metody do badania interfejsów ciało stałe/ciecz, które mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w akumulatorach i magazynowaniu energii. podsumowuje jeden z autorów, Mischa Bonn
