Zbulimi i molekulës së ujit bie ndesh me modelet e teksteve shkollore

Modelet e teksteve do të duhet të ri-vizatohen pasi një ekip studiuesish zbuloi se molekulat e ujit në sipërfaqen e ujit të kripur janë të organizuara ndryshe nga sa mendohej më parë.

Shumë reagime të rëndësishme që lidhen me proceset klimatike dhe mjedisore ndodhin ku molekulat e ujit ndërlidhen me ajrin. Për shembull, avullimi i ujit të oqeanit luan një rol të rëndësishëm në kiminë atmosferike dhe shkencën e klimës. Kuptimi i këtyre reagimeve është thelbësor për përpjekjet për të zbutur efektin njerëzor në planetin tonë.

Shpërndarja e joneve në ndërfaqen e ajrit dhe ujit mund të ndikojë në proceset atmosferike. Sidoqoftë, një kuptim i saktë i reaksioneve mikroskopike në këto ndërfaqe të rëndësishme deri më tani është debatuar intensivisht.

Në një punim të botuar sot në revistën Nature Chemistry , studiuesit nga Universiteti i Kembrixhit dhe Instituti Max Planck për Kërkimin e Polimerëve në Gjermani tregojnë se jonet dhe molekulat e ujit në sipërfaqen e shumicës së tretësirave të ujit të kripur, të njohura si tretësira elektrolite, janë të organizuara. në një mënyrë krejtësisht të ndryshme nga ajo që kuptohet tradicionalisht. Kjo mund të çojë në modele më të mira të kimisë atmosferike dhe aplikacione të tjera.

Studiuesit filluan të studiojnë se si molekulat e ujit ndikohen nga shpërndarja e joneve në pikën e saktë ku ajri dhe uji takohen. Tradicionalisht, kjo është bërë me një teknikë të quajtur gjenerimi i shumës së frekuencës vibruese (VSFG). Me këtë teknikë të rrezatimit lazer, është e mundur të maten dridhjet molekulare drejtpërdrejt në këto ndërfaqe kyçe. Megjithatë, megjithëse fuqia e sinjaleve mund të matet, teknika nuk mat nëse sinjalet janë pozitive apo negative, gjë që e ka bërë të vështirë interpretimin e gjetjeve në të kaluarën. Për më tepër, vetëm përdorimi i të dhënave eksperimentale mund të japë rezultate të paqarta.

Ekipi i kapërceu këto sfida duke përdorur një formë më të sofistikuar të VSFG, të quajtur heterodyne-detected (HD)-VSFG, për të studiuar zgjidhje të ndryshme elektrolite. Më pas ata zhvilluan modele të avancuara kompjuterike për të simuluar ndërfaqet në skenarë të ndryshëm.

Rezultatet e kombinuara treguan se të dy jonet e ngarkuar pozitivisht, të quajtur katione, dhe jonet e ngarkuar negativisht, të quajtur anione, janë varfëruar nga ndërfaqja ujë/ajër. Kationet dhe anionet e elektroliteve të thjeshta orientojnë molekulat e ujit në orientimin lart dhe poshtë. Ky është një ndryshim i modeleve të teksteve shkollore, të cilat mësojnë se jonet formojnë një shtresë elektrike të dyfishtë dhe orientojnë molekulat e ujit në vetëm një drejtim.

Bashkëautori i parë Dr Yair Litman, nga Departamenti i Kimisë Yusuf Hamied, tha: “Puna jonë tregon se sipërfaqja e tretësirave të thjeshta të elektrolitit ka një shpërndarje jonesh të ndryshme nga sa mendohej më parë dhe se sipërfaqja e pasuruar me jon përcakton se si është organizuar ndërfaqja. : në krye ka disa shtresa uji të pastër, më pas një shtresë e pasur me jone dhe më në fund solucioni i kripës.

Bashkëautori i parë Dr Kuo-Yang Chiang i Institutit Max Planck tha: “Ky punim tregon se kombinimi i HD-VSFG të nivelit të lartë me simulimet është një mjet i paçmuar që do të kontribuojë në kuptimin e nivelit molekular të ndërfaqeve të lëngshme”.

Profesor Mischa Bonn, i cili drejton departamentin e spektroskopisë molekulare të Institutit Max Planck, shtoi: “Këto lloj ndërfaqesh ndodhin kudo në planet, kështu që studimi i tyre jo vetëm që ndihmon të kuptuarit tonë themelor, por gjithashtu mund të çojë në pajisje dhe teknologji më të mira. Ne po aplikojmë të njëjtat metoda për të studiuar ndërfaqet e ngurta/lëngshme, të cilat mund të kenë aplikime të mundshme në bateri dhe ruajtjen e energjisë.”