Im Zuge der Weiterentwicklung analytischer Methoden werden bestehende wissenschaftliche Modelle ständig überprüft. Der letzte Gegenstand, der untersucht wird, ist die Art und Weise, wie die Moleküle auf der Oberfläche eines Salzwasservolumens organisiert sind.
Forscher der Universität Cambridge im Vereinigten Königreich und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Deutschland fanden heraus, dass elektrisch geladene Teilchen bzw IonenSie sind nicht, wie bisher angenommen, direkt an der Oberfläche der Lösung aktiv, sondern befinden sich in einer Schicht unter der Oberfläche.
Diese Entdeckung erfordert eine Neuzeichnung von Lehrbuchmodellen. Eine Pressemitteilung der Universität Cambridge erläutert dies.
„Unsere Arbeit zeigt, dass die Oberfläche einfacher Elektrolytlösungen eine andere Ionenverteilung aufweist als bisher angenommen und dass die ionenangereicherte darunterliegende Oberfläche bestimmt, wie die Grenzfläche organisiert ist.“ sagen Theoretischer Chemiker Yair Littman von der University of Cambridge.
Um diese Entdeckung zu machen, nutzte das Team eine fortschrittliche Version einer Laserstrahlungstechnik namens … Erzeugen Sie eine Gesamtschwingungsfrequenz (VSFG), das molekulare Schwingungen auf kleinsten Skalen mit erstaunlicher Präzision misst.
In Kombination mit neuronalen Netzwerkmodellen konnten die Forscher mithilfe dieser verbesserten Technologie feststellen, ob Ionen auf der Oberfläche positiv geladen waren (Positive Ionen(oder negativ geladen)Anionen).
Die neue Studie enthüllt nicht nur die unterirdische Ionenschicht, sondern zeigt auch, dass diese Ionen sowohl nach oben als auch nach unten gerichtet werden können – ein Hinweis auf die tatsächliche physikalische Anordnung der Moleküle – und nicht nur in eine Richtung.
„Oben liegen ein paar Schichten reines Wasser, dann eine ionenreiche Schicht und schließlich die lose Sole.“ sagen Litman.
Vereinfacht ausgedrückt zeigt das Experiment, was an den Grenzen der meisten einfachen Flüssigkeiten passiert Elektrolytlösungen. Ihre molekulare Anordnung verrät uns, wie sie mit ihrer Umgebung interagieren.
Ein umfassendes Verständnis dieser Schichten und ihrer Anordnung kann in viele andere Modelle einfließen – wie beispielsweise die Modelle der Meeresoberfläche, die für die Vorhersage der Auswirkungen des Klimawandels auf die Atmosphäre von entscheidender Bedeutung sind.
Die Forscher gehen davon aus, dass ihre Arbeit nicht nur unser Verständnis der Welt um uns herum verbessert, sondern auch dazu beitragen könnte, jede Art von Technologie zu entwickeln, bei der Feststoffe und Flüssigkeiten kombiniert werden müssen – einschließlich Batterien.
„Diese Art von Schnittstellen gibt es überall auf der Welt, daher hilft ihre Untersuchung nicht nur unserem grundlegenden Verständnis, sondern könnte auch zu besseren Geräten und Technologien führen.“ sagen Molekularphysiker Misha Boone vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung.
„Wir wenden dieselben Methoden an, um Fest-Flüssigkeits-Grenzflächen zu untersuchen, die potenzielle Anwendungen in Batterien und Energiespeichern haben könnten.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturchemie.