Ads Top

Το επιφανειακό νερό μπορεί να είναι πολύ νεκρό, ηλεκτρικά


Η έρευνα δείχνει ότι το νερό είναι ηλεκτρικά νεκρό στις διεπαφές

Σε μια μελέτη που δημοσιεύεται στο Science αυτήν την εβδομάδα, οι ερευνητές περιγράφουν τις διηλεκτρικές ιδιότητες του νερού που είναι μόνο μερικά μόρια παχύ. 

Ένα τέτοιο νερό προβλεπόταν προηγουμένως να παρουσιάζει μειωμένη ηλεκτρική απόκριση, αλλά παρέμεινε άγνωστη από το πόσο. Η νέα μελέτη δείχνει ότι ατομικά λεπτά στρώματα νερού κοντά σε στερεές επιφάνειες δεν ανταποκρίνονται σε ηλεκτρικό πεδίο, γεγονός που έχει πολύ σημαντικές επιπτώσεις στην κατανόηση πολλών φαινομένων όπου εμπλέκεται το νερό, συμπεριλαμβανομένης της ζωής φυσικά. 

Τα μόρια νερού είναι μικρά και φαινομενικά απλά, αλλά παρουσιάζουν μάλλον πολύπλοκες ιδιότητες, πολλές από τις οποίες παραμένουν ελάχιστα κατανοητές. Μεταξύ αυτών είναι η ικανότητα του νερούγια να διαλύσει τις ουσίες πολύ καλύτερα από οποιοδήποτε άλλο διαλύτη. Το νερό είναι επομένως γνωστό ως ο "καθολικός" διαλύτης. 

Πίσω από αυτή την ικανότητα διαλυτοποίησης είναι το γεγονός ότι τα μόρια του νερού συμπεριφέρονται σαν μικροσκοπικά δίπολα με δύο αντίθετα φορτία τοποθετημένα στα άκρα του μορίου. Αυτό καθιστά εύκολο για το νερό να διαλύσει τα άλατα και τα σάκχαρα ενώ ουσίες όπως τα έλαια απωθούνται. Οι διπολικές ιδιότητες του νερού - ή, όπως λένε οι επιστήμονες, η πολικότητα - παίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη δομή των μορίων της ζωής, των πρωτεϊνών και των νουκλεϊνικών οξέων. Επομένως, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι για πολλές δεκαετίες οι επιστήμονες προσπάθησαν να καταλάβουν πώς συμπεριφέρεται το νερό σε μικροσκοπική κλίμακα, σε άμεση γειτνίαση με άλλες ουσίες, στερεές επιφάνειες και μακρομόρια. 

Η αποστολή επιτέλους πέτυχε λόγω των συνεργατικών προσπαθειών των ομάδων της Dr. Laura Fumagalli και του Dr. Andre Geim στο Εθνικό Ινστιτούτο Graphene του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ. Συνδύασαν δύο τεχνολογίες που αναπτύχθηκαν πρόσφατα. Κατ 'αρχάς, οι ερευνητές δημιούργησαν ειδικά κανάλια που ήταν κάτω από αρκετά angstroms σε μέγεθος και φιλοξενούσαν μόνο λίγα στρώματα νερού. Δεύτερον, εισήγαγαν μια τεχνική ικανή να ανιχνεύσει τη διηλεκτρική σταθερά του νερού μέσα σε τέτοια nanochannels. 



Ο Fumagalli, ο οποίος είναι ο κύριος συγγραφέας και ανέπτυξε την τεχνική μέτρησης, εξήγησε: "Η ύπαρξη ενός χαμηλής πολωσιμότητας υδατικής στοιβάδας κοντά στις επιφάνειες είναι κεντρική σε πολλά επιστημονικά πεδία και η φύση του έχει συζητηθεί εδώ και σχεδόν ένα αιώνα. είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν νέα εργαλεία για την εύκολη μέτρηση της διηλεκτρικής σταθεράς σε πολύ μικρή κλίμακα. 

Οι ερευνητές έχουν διαπιστώσει ότι η ηλεκτρική απόκριση του περιορισμένου νερού όχι μόνο καταστέλλεται αλλά απολύεται εντελώς. Με άλλα λόγια, το νερό μέσα στα nanochannels ήταν ηλεκτρικά νεκρό με τα διπόλια ακινητοποιημένα και ανίκανα να διαβάσουν ένα εξωτερικό πεδίο. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με το χύμα νερό του οποίου τα μόρια εύκολα ευθυγραμμίζονται κατά μήκος ενός ηλεκτρικού πεδίου . Το πάχος του νεκρού στρώματος βρέθηκε να είναιλιγότερο από ένα νανόμετρο, πάχος δύο έως τριών μορίων . 

Ο Fumagalli σχολίασε: «Το νερό καλύπτει κάθε επιφάνεια γύρω μας. Αυτό το στρώμα έχει πάχος μόλις λίγα άτομα. Εμείς δεν το βλέπουμε, αλλά υπάρχει και σημαντική. Μέχρι τώρα, η επιφάνεια του νερού θεωρείται ότι συμπεριφέρονται διαφορετικά από το κανονικό νερό φημίζεται για τους αν και δεν ήταν γνωστό, ήταν έκπληξη το γεγονός ότι η διηλεκτρική σταθερά του διεπιφανειακού νερού ήταν επίσης ανώμαλη, αλλά η πολωσιμότητά της είναι ανώμαλα χαμηλή και όχι ανώμαλη. 

Ο Geim πρόσθεσε: "Αυτή η ανωμαλία δεν είναι απλά μια ακαδημαϊκή περιέργεια αλλά έχει σαφείς συνέπειες για πολλούς τομείς και για τις βιοεπιστήμες, ιδιαίτερα. Τα αποτελέσματά μας μπορούν να συμβάλουν στη βελτίωση της κατανόησης του ρόλου του νερού στις τεχνολογικές διαδικασίες και γιατί είναι τόσο κρίσιμο για Οι ηλεκτρικές αλληλεπιδράσεις με τα μόρια του νερού διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στη διαμόρφωση βιολογικών μορίων όπως οι πρωτεΐνες, και μάλιστα μπορεί κανείς να ισχυριστεί ότι το μεσοφασικό νερό διαμορφώνει τη ζωή όπως την ξέρουμε, τόσο κυριολεκτικά όσο και εικαστικά. 

Περισσότερες πληροφορίες: " Ανωμαλώς χαμηλή διηλεκτρική σταθερά περιορισμένου νερού " Science (2018).
Από το Blogger.