教科書(shū)需要重新繪制:發(fā)現(xiàn)顛覆了對(duì)水組織的理解

隨著分析方法變得越來(lái)越復(fù)雜,現(xiàn)有的科學(xué)模型不斷重新審視.最近受到審查的是分子在一定體積的鹽水表面的組織方式。

英國(guó)劍橋大學(xué)和德國(guó)馬克斯·普朗克聚合物研究所的研究人員發(fā)現(xiàn),帶電粒子或離子,并不像以前認(rèn)為的那樣在溶液的表面上活躍 - 相反,它們位于地下層。

這一發(fā)現(xiàn)將需要重新繪制教科書(shū)模型,劍橋大學(xué)的新聞稿解釋道.

“我們的工作表明,簡(jiǎn)單電解質(zhì)溶液的表面具有與以前認(rèn)為的不同離子分布,并且富含離子的亞表面決定了界面的組織方式。說(shuō)劍橋大學(xué)的理論化學(xué)家亞伊爾·利特曼(Yair Litman)。

現(xiàn)有模型的所有陽(yáng)離子或所有陰離子都指向表面“向上”,形成所謂的雙電層的頂層,如上面的下圖和上圖所示。(Litman 等人,自然化學(xué), 2024)

為了做出他們的發(fā)現(xiàn),該團(tuán)隊(duì)使用了一種名為振動(dòng)和頻生成(VSFG),以驚人的精度測(cè)量最小尺度的分子振動(dòng)。

與由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)的模型一起,這種改進(jìn)的技術(shù)意味著研究人員能夠看到表面的離子是否帶正電(陽(yáng)離子) 或帶負(fù)電荷 (陰 離子).

除了檢測(cè)離子的地下層外,這項(xiàng)新研究還表明,這些離子可以在上下方向上取向 - 指的是分子的實(shí)際物理排列 - 而不僅僅是一個(gè)方向。

“在最上面有幾層純凈水,然后是富含離子的層,最后是散裝鹽溶液,”說(shuō)利特曼。

氯化鈉溶液中液體/空氣界面的圖形表示。(亞伊爾·利特曼)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),這個(gè)實(shí)驗(yàn)揭示了在大多數(shù)簡(jiǎn)單液體的邊界上發(fā)生了什么電解液.分子排列決定了它們將如何與周?chē)氖挛锇l(fā)生反應(yīng)。

對(duì)這些層及其排列的透徹了解可以為各種其他模型提供信息,例如我們?yōu)楹Q蟊砻嫣峁┑哪P?,這些模型對(duì)于預(yù)測(cè)氣候變化在大氣層上.

除了增強(qiáng)我們對(duì)周?chē)澜绲睦斫馔?,研究人員還認(rèn)為,他們的工作還有助于開(kāi)發(fā)任何必須將固體和液體結(jié)合在一起的技術(shù)——包括電池.

“這些類(lèi)型的接口在地球上無(wú)處不在,因此研究它們不僅有助于我們的基本理解,還可以帶來(lái)更好的設(shè)備和技術(shù)。說(shuō)馬克斯·普朗克聚合物研究所的分子物理學(xué)家米沙·波恩(Mischa Bonn)。

“我們正在應(yīng)用這些相同的方法來(lái)研究固體/液體界面,這可能在電池和儲(chǔ)能方面有潛在的應(yīng)用。

該研究已發(fā)表在自然化學(xué).

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