Zout water gedraagt ​​zich niet zoals wetenschappers denken!

Op het eerste gezicht vinden alleen natuurkundigen of scheikundigen het misschien interessant om te weten hoe ionen en moleculen worden verdeeld op het lucht-watergrensvlak. Maar bij nader onderzoek kan deze fundamentele wetenschappelijke vraag zelfs in ons dagelijks leven gevolgen hebben. Laten we profiteren van de recente ontdekking over dit onderwerp door onderzoekers, onder meer van de Universiteit van Cambridge (VK), om samen te proberen te begrijpen waarom en hoe.

Bedenk allereerst dat veel belangrijke natuurlijke reacties plaatsvinden wanneer watermoleculen in wisselwerking staan ​​met lucht. Dit is een voorbeeld van de verdamping van oceaanwater. Dit proces speelt een cruciale rol in de atmosferische chemie en klimaatwetenschap. Het wordt bepaald door de moleculaire structuur van het grensvlak. Het begrijpen van deze structuur en de dynamiek ervan lijkt daarom cruciaal voor inspanningen om onze impact op onze planeet te verzachten.

Technologie om water beter te begrijpen

Tot nu toe vertrouwden natuurkundigen die wilden bestuderen hoe watermoleculen worden beïnvloed door de verdeling van ionen wanneer ze in contact komen met lucht en water, op een zeer specifieke spectroscopietechniek. In feite maakt vibratiefrequentiesom (VSFG) spectroscopie het mogelijk de vibratie-eigenschappen van moleculen op grensvlakken te onderzoeken. Maar ze heeft een zwak punt. Het maakt het niet mogelijk om onderscheid te maken tussen positieve signalen en negatieve signalen. Dit bemoeilijkt de interpretatie van de resultaten.

Om hun elektrolytische oplossingen te bestuderen – oplossingen die zijn samengesteld uit watermoleculen en verschillende ionen – rapporteren onderzoekers van de Universiteit van Cambridge in het tijdschrift Natuurlijke chemiekozen ze voor een meer geavanceerde vorm van deze techniek, gebaseerd op wat zij de ontdekking van heterodyne noemen. Ze ontwikkelden geavanceerde computermodellen om gevels in verschillende scenario’s te simuleren.

Een ontdekking die gevestigde theorieën over de grensvlakken tussen water en lucht op zijn kop zet

Natuurkundigen leggen dus uit dat ionen, of ze nu positief zijn – we noemen ze kationen – of negatief – we noemen ze anionen – afwezig zijn op het grensvlak water/lucht. “Ons werk laat zien dat het oppervlak van eenvoudige elektrolytoplossingen een andere ionenverdeling heeft dan eerder werd gedacht.”“, legt chemicus Yair Litman uit in een Ik heb gerapporteerd. Voorbij is het idee van een dubbele laag ionen die watermoleculen in één richting sturen. Het nieuwe scenario dat de onderzoekers schrijven is compleet anders. “Bovenaan de oplossing bevinden zich een paar lagen zuiver water, vervolgens een ionenrijke laag en ten slotte de bulkpekel.”

We noemden hierboven het voorbeeld van de verdamping van oceaanwater. Maar veel andere gebieden worden door deze ontdekking beïnvloed. Meer in het algemeen zou het bestuderen van vaste/vloeistof-interfaces toepassingen kunnen hebben bij het ontwerpen van efficiëntere batterijen en energieopslagsystemen. Dus ja, deze ontdekking zou voor veel meer mensen interessant moeten zijn dan alleen theoretische natuurkundigen – of scheikundigen…