„Pritraukia priešingi mokesčiai; „Kaip krūviai atstumia vienas kitą“ yra pagrindinis pagrindinės fizikos principas. Tačiau neseniai žurnale paskelbtas naujas Oksfordo universiteto tyrimas gamtos nanotechnologijos, Jis parodė, kad panašiai įkrautos dalelės tirpale iš tikrųjų gali pritraukti viena kitą dideliais atstumais.

Taip pat stebėtina, kad komanda nustatė, kad teigiamai ir neigiamai įkrautų dalelių poveikis skiriasi priklausomai nuo tirpiklio.

Be ilgalaikių įsitikinimų panaikinimo, šie rezultatai turi tiesioginės įtakos daugeliui procesų, apimančių tarpmolekulines ir tarpmolekulines sąveikas įvairiose ilgio skalėse, įskaitant savarankišką surinkimą, kristalizaciją ir fazių atskyrimą.

Oksfordo universiteto Chemijos katedros mokslininkų komanda nustatė, kad neigiamo krūvio dalelės traukia viena kitą dideliais atstumais, o teigiamai įkrautos dalelės atstumia viena kitą, o priešingai buvo tirpiklių, tokių kaip alkoholis, atveju.

Šie rezultatai stebina, nes atrodo, kad jie prieštarauja centriniam elektromagnetiniam principui, teigiančiam, kad jėga tarp to paties ženklo krūvių yra atstumianti visais atskyrimais.

Eksperimentiniai stebėjimai

Dabar, naudodama šviesaus lauko mikroskopiją, komanda stebėjo mažas, neigiamo krūvio silicio dioksido daleles, suspenduotas vandenyje, ir nustatė, kad dalelės traukia viena kitą, sudarydamos tvarkingas šešiakampes grupes. Tačiau teigiamai įkrautos amino-silicio dioksido molekulės nesudarė sankaupų vandenyje.

Naudodama dalelių sąveikos teoriją, kurioje atsižvelgiama į tirpiklio struktūrą sąsajoje, komanda parodė, kad neigiamo krūvio dalelės vandenyje turi patrauklią jėgą, kuri nusveria elektrostatinį atstūmimą dideliais atskyrimo atstumais, todėl susidaro gumulėlių. Teigiamai įkrautoms dalelėms vandenyje ši tirpiklio sukelta reakcija visada yra atstumianti ir nesusidaro agregatai.

Nustatyta, kad šis poveikis priklauso nuo pH: komanda sugebėjo kontroliuoti neigiamo krūvio dalelių sankaupų susidarymą (arba nesusidarymą), keisdama pH. Nepriklausomai nuo pH, teigiamai įkrautos molekulės nesudaro grupių.

Specialusis tirpiklių poveikis ir papildomi atradimai

Žinoma, komanda susimąstė, ar būtų įmanoma pakeisti įkrautų dalelių poveikį taip, kad teigiamai įkrautos dalelės sudarytų grupes, o neigiamai įkrautos dalelės – ne. Pakeitę tirpiklį į alkoholius, tokius kaip etanolis, kurių sąsaja skiriasi nuo vandens, jie pastebėjo būtent tai: teigiamai įkrautos amino-silicio dioksido molekulės sudarė šešiakampes grupes, o neigiamai įkrautas silicio dioksidas – ne.

Pasak mokslininkų, šis tyrimas apima esminį supratimo perkalibravimą, kuris turės įtakos mūsų mąstymui apie įvairius procesus, tokius kaip farmacijos ir smulkių cheminių produktų stabilumas arba patologinė disfunkcija, susijusi su molekuline agregacija žmonių ligomis. Nauji rezultatai taip pat rodo, kad galima ištirti tirpiklio generuojamo sąsajos elektrinio potencialo savybes, tokias kaip jo ženklas ir dydis, kurie anksčiau buvo laikomi neišmatuojami.

„Aš tikrai labai didžiuojuosi savo magistrantūros studentais, taip pat bakalauro studentais, kurie visi dirbo kartu, kad padėtų pasiekti šį esminį atradimą“, – sako profesorius Madhavi Krishnanas (Oksfordo universiteto Chemijos katedra), vadovavęs šiam projektui. studijuoti.

„Man vis dar įdomu matyti, kaip šios dalelės traukia viena kitą, net po to, kai aš tai mačiau tūkstantį kartų“, – sako Sida Wang (Oksfordo universiteto Chemijos katedra), pirmoji tyrimo autorė.

Nuoroda: „Nuo tolimojo krūvio priklausoma jėga skatina ad hoc medžiagos surinkimą tirpale“, Syda Wang, Rowan Walker Gibbons, Bethany Watkins, Melissa Flynn ir Madhavi Krishnan, 2024 m. vasario 30 d. Gamtos nanotechnologijos.
doi: 10.1038/s41565-024-01621-5