_ Nu sunt doar opuse care atrag: un nou studiu arată că particulele încărcate asemănătoare se pot reuni

„Încărcăturile opuse se atrag; sarcinile asemănătoare resping” este un principiu fundamental al fizicii de bază. Dar un nou studiu de la Universitatea Oxford, publicat astăzi în Nature Nanotechnology, a demonstrat că particulele încărcate similar în soluție se pot atrage, de fapt, unele pe altele pe distanțe lungi. La fel de surprinzător, echipa a descoperit că efectul este diferit pentru particulele încărcate pozitiv și negativ, în funcție de solvent.

Pe lângă răsturnarea credințelor de lungă durată, aceste rezultate au implicații imediate pentru o serie de procese care implică interacțiunile interparticule și intermoleculare la diferite scări de lungime, inclusiv auto-asamblare, cristalizare și separare de fază.

Echipa de cercetători, cu sediul la Departamentul de Chimie din Oxford, a descoperit că particulele încărcate negativ se atrag reciproc în general. separările, în timp ce particulele încărcate pozitiv se resping, în timp ce invers a fost cazul solvenților precum alcoolii. Aceste descoperiri sunt surprinzătoare, deoarece par să contrazică principiul electromagnetic central conform căruia forța dintre sarcinile de același semn este respingătoare la toate separările.

Folosind microscopia în câmp luminos, echipa a urmărit microparticulele de silice încărcate negativ suspendate în apă și a constatat că particulele s-au atras reciproc pentru a forma grupuri aranjate hexagonal. Particulele de silice aminată încărcate pozitiv, totuși, nu au format grupuri în apă.

Folosind o teorie a interacțiunilor interparticule care ia în considerare structura solventului la interfață, echipa a stabilit că pentru particulele încărcate negativ din apă există este o forță atractivă care depășește repulsia electrostatică la distanțe mari, ceea ce duce la formarea clusterelor. Pentru particulele încărcate pozitiv din apă, această interacțiune determinată de solvent este întotdeauna respingătoare și nu se formează grupuri.

Acest efect s-a dovedit a fi dependent de pH; echipa a reușit să controleze formarea (sau nu) de clustere pentru particulele încărcate negativ prin modificarea pH-ului. Indiferent de pH, particulele încărcate pozitiv nu au format clustere.

Bineînțeles, echipa s-a întrebat dacă efectul asupra particulelor încărcate ar putea fi schimbat, astfel încât particulele încărcate pozitiv să formeze clustere, iar cele negative nu ar putea fi schimbate. . Prin schimbarea solventului în alcooli, cum ar fi etanolul, care are un comportament de interfață diferit de cel al apei, acest lucru a fost exact ceea ce au observat: particulele de silice aminată încărcate pozitiv au format grupuri hexagonale, în timp ce silicea încărcată negativ nu a făcut-o.

Conform. pentru cercetători, acest studiu implică o recalibrare fundamentală în înțelegere care va influența modul în care ne gândim la procese la fel de diferite precum stabilitatea produselor farmaceutice și chimice fine sau disfuncția patologică asociată cu agregarea moleculară în boala umană. Noile descoperiri oferă, de asemenea, dovezi pentru capacitatea de a sonda proprietățile potențialului electric interfacial datorat solventului, cum ar fi semnul și magnitudinea acestuia, care anterior erau considerate incomensurabile.

Profesorul Madhavi Krishnan (Departamentul de Chimie, Universitatea Oxford), care a condus studiul, spune: „Sunt foarte mândru de cei doi studenți ai mei absolvenți, precum și de studenții, care au lucrat cu toții împreună pentru a muta acul asupra acestei descoperiri fundamentale.”

Sida Wang (Departamentul de Chimie, Universitatea Oxford), primul autor al studiului, spune: „Încă mi se pare fascinant să văd că aceste particule se atrag, chiar dacă am văzut asta de o mie de ori.”

(Fluierul)