Trong một sự thay đổi rõ rệt so với kiến ​​thức truyền thống, một nghiên cứu gần đây được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học… đại học Cambridge Và Viện Max Planck cho Nghiên cứu polyme Tiết lộ những hiểu biết tiên phong về hoạt động của các phân tử nước.

Khám phá này, vốn sẵn sàng vẽ lại các mô hình sách giáo khoa, có ý nghĩa quan trọng đối với sự hiểu biết của chúng ta về khoa học khí hậu và môi trường.

Phân tử nước và nước muối

Theo truyền thống, người ta hiểu rằng các phân tử nước trên bề mặt nước muối, hoặc dung dịch điện phân, xếp hàng theo một cách nhất định.

Sự liên kết này đóng một vai trò then chốt trong các quá trình khí quyển và môi trường khác nhau, chẳng hạn như sự bốc hơi nước đại dương, và là một phần không thể thiếu của hóa học khí quyển và khoa học khí hậu.

Do đó, sự hiểu biết toàn diện về những hành vi bề mặt này là chìa khóa để giải quyết tác động của con người lên hành tinh của chúng ta.

Tuy nhiên, các phương pháp truyền thống để nghiên cứu các bề mặt này, đặc biệt là sử dụng một kỹ thuật được gọi là tạo tổng tần số rung động (VSFG), đều có những hạn chế.

Tạo tần số tổng rung (VSFG)

Mặc dù VSFG có thể đo lường một cách hiệu quả cường độ rung động phân tử tại các bề mặt quan trọng này nhưng nó không thể phân biệt được các tín hiệu này là dương hay âm.

Khoảng cách này trong lịch sử đã dẫn đến việc giải thích dữ liệu không rõ ràng.

Nhóm nghiên cứu sử dụng phiên bản nâng cao của VSFG, được gọi là Heterodyne-Detected (HD)-VSFG, kết hợp với mô hình máy tính phức tạp, đã giải quyết trực tiếp những thách thức này.

Cách tiếp cận của họ cho phép nghiên cứu chính xác hơn về các dung dịch điện phân khác nhau và hoạt động của chúng ở bề mặt phân cách không khí-nước.

Kết quả cách mạng

Những gì được phát hiện từ nghiên cứu này không kém gì một cuộc cách mạng. Trái ngược với niềm tin lâu nay rằng các ion tạo thành một lớp điện kép, hướng các phân tử nước theo một hướng, nghiên cứu này chứng minh một kịch bản hoàn toàn khác.

Cả ion dương (cation) và ion âm (anion) đều bị cạn kiệt khỏi bề mặt phân cách nước/không khí.

Thú vị hơn, các cation và anion trong chất điện phân đơn giản có thể điều khiển các phân tử nước theo cả hai hướng lên và xuống, làm đảo lộn các mô hình dòng điện.

Tiến sĩ Yair Litman Youssef Hamid, Khoa Hóa họcđồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu, giải thích những phát hiện này.

Litman giải thích: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy bề mặt của dung dịch điện phân đơn giản có sự phân bố ion khác so với suy nghĩ trước đây”.

“Bề mặt phía dưới giàu ion quyết định cách tổ chức bề mặt: ở trên cùng, có một vài lớp nước tinh khiết, sau đó là lớp giàu ion, tiếp theo là nước muối.”

Ý nghĩa của việc nghiên cứu phân tử nước

Nhấn mạnh tầm quan trọng của những phát hiện này, Tiến sĩ Kuo Yang-chiang từ Viện Max Planck, đồng thời là đồng tác giả đầu tiên, nhấn mạnh việc sử dụng kết hợp HD-VSFG cấp cao và mô phỏng.

Chiang giải thích: “Bài báo này chứng minh rằng sự kết hợp giữa HD-VSFG cấp độ cao và mô phỏng là một công cụ vô giá sẽ góp phần nâng cao sự hiểu biết ở cấp độ phân tử về các giao diện chất lỏng”.

Giáo sư Misha Boone, người đứng đầu Khoa Quang phổ Phân tử tại trường đại học Viện Max PlanckÔng nói: “Những loại giao diện này tồn tại ở khắp mọi nơi trên hành tinh, vì vậy việc nghiên cứu chúng không chỉ giúp chúng ta hiểu biết cơ bản mà còn có thể dẫn đến những thiết bị và công nghệ tốt hơn”. Nó có những ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực pin và lưu trữ năng lượng.

Ông cho biết thêm nhóm đang áp dụng những phương pháp này để nghiên cứu các bề mặt rắn/lỏng, chúng có thể có những ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như pin và lưu trữ năng lượng.

Tóm lại, nghiên cứu này là một sự thay đổi mô hình trong mô hình hóa học khí quyển và một loạt ứng dụng, thể hiện một bước quan trọng trong hiểu biết của chúng ta về các quá trình môi trường.

Nó là minh chứng cho sự theo đuổi kiến ​​thức không ngừng nghỉ và sức mạnh biến đổi của nghiên cứu khoa học trong việc định hình lại sự hiểu biết của chúng ta về thế giới tự nhiên.

Nghiên cứu đầy đủ đã được công bố trên tạp chí Hóa học tự nhiên.

—-

Giống như những gì tôi đọc? Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi để nhận được các bài viết hấp dẫn, nội dung độc quyền và cập nhật mới nhất.

Hãy ghé thăm chúng tôi tại EarthSnap, một ứng dụng miễn phí do Eric Ralls và Earth.com mang đến cho bạn.

—-