Podobnie naładowane cząsteczki mogą się łączyć w skupiska, jeśli są zawieszone w cieczy

Nie tylko cząstki o przeciwnych ładunkach, ale także podobnie naładowane mogą się łączyć w skupiska, jeśli są zawieszone w cieczy – informuje pismo „Nature Nanotechnology”.

Nie tylko przeciwieństwa się przyciągają

.Jak powszechnie wiadomo, cząsteczki naładowane dodatnio i ujemnie przyciągają się wzajemnie, natomiast cząsteczki o jednakowych ładunkach – odpychają się.

Naukowcy z wydziału chemii Oxford University wykazali jednak, że podobnie naładowane cząstki zawieszone w cieczach mogą przyciągać się nawzajem, przy czym obserwowany efekt różni się w zależności od rozpuszczalnika i znaku ładunku. Za pomocą mikroskopii w jasnym polu zespół prześledził ujemnie naładowane mikrocząstki krzemionki zawieszone w wodzie i odkrył, że gdy są od siebie oddalone, przyciągają się nawzajem, tworząc sześciokątnie ułożone skupiska. Jednakże dodatnio naładowane cząstki krzemionki nie tworzyły podobnych skupisk w wodzie.

Natomiast w przypadku rozpuszczalników, takich jak alkohole, sytuacja jest odwrotna: ładunki ujemne się odpychają, za to dodatnie – przyciągają.

Nowe odkrycie nie tylko obala dotychczasowe przekonania, ale również może znaleźć bezpośrednie zastosowanie w procesach obejmujących interakcje międzycząsteczkowe zachodzące w roztworach, na przykład samoorganizację, krystalizację czy rozdzielanie faz.

Korzystając z teorii oddziaływań międzycząstkowych uwzględniającej strukturę rozpuszczalnika na granicy faz, zespół ustalił, że w przypadku ujemnie naładowanych cząstek w wodzie istnieje siła przyciągania, która przy dużych odległościach przewyższa odpychanie elektrostatyczne, co prowadzi do tworzenia klastrów. W przypadku dodatnio naładowanych cząstek w wodzie ta interakcja związana z rozpuszczalnikiem jest zawsze odpychająca i nie tworzą się żadne skupiska.

Efekt przyciągania zależy od pH: zespół był w stanie kontrolować powstawanie (lub nie) skupisk cząstek ujemnie naładowanych poprzez zmianę pH. Bez względu na pH, dodatnio naładowane cząstki nie tworzyły skupisk.

Z kolei zmiana rozpuszczalnika na etanol (alkohol etylowy) sprawiła, że to dodatnio naładowane cząstki aminowanej krzemionki tworzyły sześciokątne skupiska, podczas gdy ujemnie naładowana krzemionka – nie.

Odkrycie wpływa na dziedziny chemii, mikrobiologii, farmaceutyki…

.Według autorów zjawisko to oznacza fundamentalną zmianę myślenia o procesach tak różnych, jak stabilność produktów farmaceutycznych i produktów chemicznych czy patologiczne złogi cząsteczek występujące w ludzkich chorobach. Nowe odkrycia dostarczają również dowodów na możliwość badania właściwości międzyfazowego potencjału elektrycznego spowodowanego rozpuszczalnikiem, takich jak jego znak i wielkość, które wcześniej uważano za niemierzalne.

„Jestem naprawdę bardzo dumny z moich dwóch doktorantów, a także studentów, którzy wspólnie pracowali nad tym fundamentalnym odkryciem” – zaznaczył prof. Madhavi Krishnan (Wydział Chemii Uniwersytetu Oksfordzkiego), który kierował badaniem.

Badania naukowe zmieniają świat 

.„Najbardziej ambitne europejskie projekty badawcze realizowano w trzech dużych obszarach nauki: naukach o życiu, naukach ścisłych i technicznych oraz naukach społecznych i humanistycznych” – pisze na łamach „Wszystko co Najważniejsze” prof. Andrzej JAJSZCZYK.

„Trudno jest przecenić rolę badań naukowych w tym, co osiągnęła nasza cywilizacja. Wyniki pracy naukowców spowodowały, że żyjemy dziś znacznie dłużej niż jeszcze sto lat temu, głód stał się udziałem wyłącznie osób mieszkających w krajach upadłych i nękanych wojnami, podróże po całym świecie są już dostępne prawie dla każdego, przynajmniej w krajach bogatszych, a tania łączność zmieniła życie miliardów ludzi, nawet w najbiedniejszych zakątkach naszego globu.”

„Niestety, coś, co wielu nazywa postępem, ma też swoje ciemne strony. I jakkolwiek wyniki badań naukowych bywają używane także w złej wierze bądź ich niewłaściwe czy po prostu nierozumne zastosowanie prowadzi do opłakanych skutków, to nikt przy zdrowych zmysłach nie kwestionuje konieczności dalszego prowadzenia badań, chociażby po to, by walczyć ze wspomnianymi skutkami.

„W obszarze nauk ścisłych i technicznych najwięcej badań w ostatnich latach prowadzi się w dyscyplinach inżynierii materiałowej i nauki o materiałach. Ich praktyczny potencjał nie podlega dyskusji. Następne dyscypliny w kolejności finansowania przez ERC to chemia fizyczna, fizyka materii skondensowanej i ciała stałego, elektronika i fotonika, a także chemia organiczna. Po nich następują informatyka i kryptologia, oddziaływania fundamentalne, w tym oddziaływania grawitacyjne czy elektromagnetyczne. Listę najpopularniejszych badawczo dyscyplin zamyka fizyka kwantowa. Warto przy tym pamiętać, że wspomniana kolejność nie wynika z jakichkolwiek priorytetów czy preferencji ERC, lecz jedynie z pojawiania się najbardziej interesujących pomysłów badawczych zgłaszanych przez samych naukowców.”

„Ważne jest także to, że w obszarze nauk ścisłych i technicznych obserwujemy w ostatnich latach znaczący postęp w opracowywaniu nowych metod badawczych. Obejmują one m.in. eksperymentalne metody skoncentrowane na modelach klimatycznych, modelowanie obliczeniowe, w tym symulacje związane z sieciami neuronowymi. Intensywnie rozwija się także metody matematyczne związane z teorią pola i algorytmami, a w obszarze chemii – nowe metody syntezy organicznej i katalizy. ”

PAP/Paweł Wernicki/Wszystko co Najważniejsze/JT

Materiał chroniony prawem autorskim. Dalsze rozpowszechnianie wyłącznie za zgodą wydawcy. 5 marca 2024