Новое открытие переворачивает понимание организации воды

По мере усложнения аналитических методов существующие научные модели постоянно пересматриваются. Последним объектом пристального внимания является то, как молекулы организованы на поверхности соленой воды.

Исследователи из Кембриджского университета в Великобритании и Института исследований полимеров Макса Планка в Германии обнаружили, что электрически заряженные частицы, или ионы, не активны на самой поверхности раствора, как считалось ранее – вместо этого они расположены в подземном слое.

Это открытие потребует перерисовки моделей учебников, поясняется в пресс-релизе Кембриджского университета. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemistry.

«Наша работа демонстрирует, что поверхность растворов простых электролитов имеет другое распределение ионов, чем считалось ранее, и что обогащенная ионами подповерхность определяет, как организован интерфейс», — говорит химик-теоретик Яир Литман из Кембриджского университета.

Чтобы сделать свое открытие, команда использовала модернизированную версию метода лазерного излучения, называемого генерацией суммарной частоты колебаний (VSFG), который измеряет молекулярные вибрации в мельчайших масштабах с впечатляющей точностью.

Вместе с моделями, основанными на нейронных сетях, этот улучшенный метод позволил исследователям увидеть, являются ли ионы на поверхности положительно заряженными (катионы) или отрицательно заряженными (анионы).

Помимо обнаружения подповерхностного слоя ионов, новое исследование также показывает, что эти ионы могут быть ориентированы как вверх, так и вниз (имея в виду фактическое физическое расположение молекул), а не только в одном направлении.

«На самом верху находится несколько слоев чистой воды, затем слой, богатый ионами, и, наконец, основной раствор соли», — говорит Литман.

Проще говоря, эксперимент показывает, что происходит на границах большинства простых растворов жидких электролитов. Молекулярное расположение определяет, как они будут реагировать с тем, что их окружает.

Тщательное понимание этих слоев и их расположения может стать основой для создания всевозможных других моделей – таких, например, как те, которые у нас есть для поверхности океана, которые жизненно важны для прогнозирования последствий изменения климата на атмосферу.

Исследователи предполагают, что их работа не только улучшает наше понимание окружающего нас мира, но и может помочь в разработке любых технологий, в которых необходимо объединять твердые и жидкие вещества, включая батареи.