Modeli udžbenika će morati da budu ponovo nacrtani nakon što je tim istraživača otkrio da su molekuli vode na površini slane vode organizovani drugačije nego što se ranije mislilo.
Mnoge važne reakcije u vezi sa klimom i ekološkim procesima se dešavaju tamo gde se molekuli vode spajaju sa vazduhom. Na primer, isparavanje okeanske vode igra važnu ulogu u atmosferskoj hemiji i nauci o klimi. Razumevanje ovih reakcija je ključno za napore da se ublaži ljudski uticaj na našu planetu.
Raspodela jona na granici vazduha i vode može uticati na atmosferske procese. Međutim, do sada se intenzivno raspravljalo o preciznom razumevanju mikroskopskih reakcija na ovim važnim interfejsima.
U radu objavljenom u časopisu Nature Chemistri, istraživači sa Univerziteta u Kembridžu i Maks Plank instituta za istraživanje polimera u Nemačkoj pokazuju da su joni i molekuli vode na površini većine rastvora slane vode, poznati kao rastvori elektrolita, organizovani u potpuno drugačiji način od tradicionalno shvaćenog. Ovo bi moglo dovesti do boljih modela atmosferske hemije i drugih aplikacija.
Istraživači su krenuli da proučavaju kako na molekule vode utiče distribucija jona na tačnom mestu gde se susreću vazduh i voda. Tradicionalno, ovo se radi tehnikom koja se zove generisanje vibracione sume frekvencije (VSFG). Sa ovom tehnikom laserskog zračenja, moguće je meriti molekularne vibracije direktno na ovim ključnim interfejsima.
Međutim, iako se jačina signala može izmeriti, tehnika ne meri da li su signali pozitivni ili negativni, što je otežavalo tumačenje nalaza u prošlosti. Pored toga, korišćenje samo eksperimentalnih podataka može dati dvosmislene rezultate.
Tim je prevazišao ove izazove koristeći sofisticiraniju formu VSFG, nazvanu heterodin-detected (HD)-VSFG, za proučavanje različitih rastvora elektrolita. Zatim su razvili napredne kompjuterske modele za simulaciju interfejsa u različitim scenarijima.
Kombinovani rezultati su pokazali da se i pozitivno naelektrisani joni, koji se nazivaju katjoni, i negativno naelektrisani joni, nazvani anjoni, iscrpljuju sa interfejsa voda/vazduh. Kationi i anjoni jednostavnih elektrolita orijentišu molekule vode u gore i dole orijentaciji. Ovo je preokret udžbeničkih modela, koji uče da joni formiraju električni dvostruki sloj i orijentišu molekule vode samo u jednom pravcu.
Prvi autor dr Jair Litman, sa Odseka za hemiju Jusuf Hamied, rekao je: „Naš rad pokazuje da površina jednostavnih rastvora elektrolita ima drugačiju raspodelu jona nego što se ranije mislilo i da podpovršina obogaćena jonima određuje kako je interfejs organizovano: na samom vrhu nalazi se nekoliko slojeva čiste vode, zatim sloj bogat jonima, pa na kraju rastvor soli.“
Koautor dr Kuo-Iang Chiang sa Instituta Maks Plank rekao je: „Ovaj rad pokazuje da je kombinovanje HD-VSFG visokog nivoa sa simulacijama neprocenjiv alat koji će doprineti razumevanju tečnih interfejsa na molekularnom nivou.“
Profesor Miša Bon, koji vodi odeljenje za molekularnu spektroskopiju Instituta Maks Plank, dodao je: „Ovi tipovi interfejsa se javljaju svuda na planeti, tako da njihovo proučavanje ne samo da pomaže našem fundamentalnom razumevanju, već može da dovede i do boljih uređaja i tehnologija. primenom ovih istih metoda za proučavanje interfejsa čvrstog i tečnog, koji bi mogli imati potencijalnu primenu u baterijama i skladištenju energije.“
