In einer deutlichen Abkehr vom traditionellen Wissen ergab eine aktuelle Studie von Forschern der Universität… Universität von Cambridge Und das Max-Planck-Institut Polymerforschung Enthüllt bahnbrechende Erkenntnisse über das Verhalten von Wassermolekülen.
Diese Entdeckung, die Lehrbuchmodelle neu definieren wird, hat wichtige Auswirkungen auf unser Verständnis der Klima- und Umweltwissenschaften.
Wassermoleküle und Salzwasser
Traditionell ging man davon aus, dass sich die Wassermoleküle auf der Oberfläche von Salzwasser oder Elektrolytlösungen auf eine bestimmte Weise anordnen.
Diese Ausrichtung spielt eine entscheidende Rolle bei verschiedenen atmosphärischen und umweltbedingten Prozessen, wie etwa der Verdunstung von Meerwasser, und ist ein integraler Bestandteil der Atmosphärenchemie und Klimawissenschaft.
Daher ist ein umfassendes Verständnis dieses Oberflächenverhaltens der Schlüssel zur Bewältigung der menschlichen Auswirkungen auf unseren Planeten.
Traditionelle Methoden zur Untersuchung dieser Oberflächen, insbesondere die Verwendung einer Technik namens Vibrational Frequency Sum Generation (VSFG), hatten jedoch ihre Grenzen.
Schwingsummenfrequenzerzeugung (VSFG)
Während VSFG die Stärke molekularer Schwingungen an diesen kritischen Grenzflächen effektiv messen kann, kann es nicht unterscheiden, ob diese Signale positiv oder negativ sind.
Diese Lücke hat in der Vergangenheit zu mehrdeutigen Interpretationen von Daten geführt.
Das Forschungsteam hat diese Herausforderungen mithilfe einer weiterentwickelten Version von VSFG, bekannt als Heterodyne-detected (HD)-VSFG, in Kombination mit ausgefeilter Computermodellierung direkt angegangen.
Ihr Ansatz ermöglichte eine genauere Untersuchung verschiedener Elektrolytlösungen und ihres Verhaltens an der Luft-Wasser-Grenzfläche.
Revolutionäre Ergebnisse
Was aus dieser Studie herausgefunden wurde, ist nichts weniger als revolutionär. Entgegen der lange vertretenen Annahme, dass Ionen eine elektrische Doppelschicht bilden und die Wassermoleküle in eine Richtung lenken, zeigt die Forschung ein völlig anderes Szenario.
Sowohl positive Ionen (Kationen) als auch negative Ionen (Anionen) sind an der Wasser/Luft-Grenzfläche abgereichert.
Interessanter ist, dass Kationen und Anionen in einfachen Elektrolyten Wassermoleküle sowohl nach oben als auch nach unten lenken können, was aktuelle Modelle auf den Kopf stellt.
Dr. Yair Litman Youssef Hamid, Fachbereich ChemieCo-Erstautor der Studie, erläutert die Ergebnisse.
„Unsere Arbeit zeigt, dass die Oberfläche einfacher Elektrolytlösungen eine andere Ionenverteilung aufweist als bisher angenommen“, erklärte Litman.
„Die mit Ionen angereicherte untere Oberfläche bestimmt die Organisation der Grenzfläche: Oben gibt es einige Schichten reines Wasser, dann eine ionenreiche Schicht, gefolgt von Sole.“
Implikationen für die Untersuchung des Wassermoleküls
In Anlehnung an die Bedeutung dieser Ergebnisse hebt Dr. Kuo Yang-chiang vom Max-Planck-Institut, der auch Co-Erstautor ist, den kombinierten Einsatz von HD-VSFG auf hohem Niveau und Simulationen hervor.
„Dieses Papier zeigt, dass die Kombination aus HD-VSFG auf hohem Niveau und Simulationen ein unschätzbares Werkzeug ist, das zum Verständnis von Flüssigkeitsgrenzflächen auf molekularer Ebene beitragen wird“, erklärte Chiang.
Professor Misha Boone, der die Abteilung für Molekularspektroskopie an der Universität leitet Max-Planck-Institut„Diese Art von Grenzflächen gibt es überall auf der Welt, daher hilft ihre Untersuchung nicht nur unserem grundlegenden Verständnis, sondern könnte auch zu besseren Geräten und Technologien führen“, sagt er. „Wir wenden dieselben Methoden an, um Fest-Flüssig-Grenzflächen zu untersuchen, was das kann.“ Es hat potenzielle Anwendungen in Batterien und Energiespeichern.
Er fügt hinzu, dass das Team diese Methoden zur Untersuchung von Fest-Flüssigkeits-Grenzflächen anwendet, die potenzielle Anwendungen in Bereichen wie Batterien und Energiespeicherung haben könnten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Forschung einen Paradigmenwechsel in der Modellierung der Atmosphärenchemie und einer Reihe von Anwendungen darstellt und einen großen Schritt in unserem Verständnis von Umweltprozessen darstellt.
Es ist ein Beweis für das unermüdliche Streben nach Wissen und die transformative Kraft der wissenschaftlichen Forschung bei der Neugestaltung unseres Verständnisses der natürlichen Welt.
Die vollständige Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Naturchemie.
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