En un marcado cambio con respecto al conocimiento tradicional, un estudio reciente realizado por investigadores de la Universidad de… Universidad de Cambridge Y el Instituto Max Planck de Investigación de polímeros Revela conocimientos pioneros sobre el comportamiento de las moléculas de agua.
Este descubrimiento, que está a punto de rediseñar los modelos de los libros de texto, tiene implicaciones importantes para nuestra comprensión de las ciencias climáticas y ambientales.
Moléculas de agua y agua salada.
Tradicionalmente, se entendía que las moléculas de agua en la superficie del agua salada o de las soluciones de electrolitos se alineaban de cierta manera.
Esta alineación desempeña un papel fundamental en diversos procesos atmosféricos y ambientales, como la evaporación del agua del océano, y es una parte integral de la química atmosférica y la ciencia climática.
Por lo tanto, una comprensión integral de estos comportamientos de la superficie es clave para abordar el impacto humano en nuestro planeta.
Sin embargo, los métodos tradicionales para estudiar estas superficies, especialmente utilizando una técnica conocida como generación de suma de frecuencias vibratorias (VSFG), han tenido sus limitaciones.
Generación de frecuencia de suma vibratoria (VSFG)
Si bien VSFG puede medir eficazmente la fuerza de las vibraciones moleculares en estas interfaces críticas, no puede distinguir si estas señales son positivas o negativas.
Esta brecha ha dado lugar históricamente a interpretaciones ambiguas de los datos.
El equipo de investigación, utilizando una versión avanzada de VSFG, conocida como VSFG con detección heterodina (HD), combinada con modelos informáticos sofisticados, ha abordado estos desafíos de frente.
Su enfoque permitió un estudio más preciso de diferentes soluciones de electrolitos y su comportamiento en la interfaz aire-agua.
Resultados revolucionarios
Lo que se descubrió a partir de este estudio es nada menos que revolucionario. Contrariamente a la creencia arraigada de que los iones forman una doble capa eléctrica que dirige las moléculas de agua en una dirección, la investigación demuestra un escenario completamente diferente.
Tanto los iones positivos (cationes) como los iones negativos (aniones) se encuentran agotados en la interfaz agua/aire.
Más interesante aún, los cationes y aniones en electrolitos simples pueden dirigir las moléculas de agua hacia arriba y hacia abajo, revolucionando los modelos actuales.
Dr. Yair Litman Youssef Hamid, Departamento de Químicacoprimer autor del estudio, explica los hallazgos.
«Nuestro trabajo muestra que la superficie de soluciones de electrolitos simples tiene una distribución iónica diferente de lo que se pensaba anteriormente», explicó Litman.
«La superficie inferior enriquecida con iones determina la organización de la interfaz: en la parte superior hay algunas capas de agua pura, luego una capa rica en iones, seguida de salmuera».
Implicaciones para el estudio de la molécula de agua.
Haciéndose eco de la importancia de estos hallazgos, el Dr. Kuo Yang-chiang del Instituto Max Planck, que también es coprimer autor, destaca el uso combinado de HD-VSFG de alto nivel y simulaciones.
«Este artículo demuestra que la combinación de HD-VSFG de alto nivel y simulaciones es una herramienta invaluable que contribuirá a la comprensión a nivel molecular de las interfaces líquidas», explicó Chiang.
Profesora Misha Boone, directora del Departamento de Espectroscopia Molecular de la universidad. Instituto Max Planck«Este tipo de interfaces existen en todas partes del planeta, por lo que estudiarlas no sólo ayuda a nuestra comprensión básica, sino que también podría conducir a mejores dispositivos y tecnologías», afirma. «Aplicamos estos mismos métodos para estudiar interfaces sólidos/líquidos, lo que podría Tiene posibles aplicaciones en baterías y almacenamiento de energía.
Añade que el equipo está aplicando estos métodos para estudiar interfaces sólido/líquido, que podrían tener aplicaciones potenciales en áreas como las baterías y el almacenamiento de energía.
En resumen, esta investigación supone un cambio de paradigma en el modelado de la química atmosférica y una variedad de aplicaciones, lo que representa un paso importante en nuestra comprensión de los procesos ambientales.
Es un testimonio de la búsqueda incesante del conocimiento y del poder transformador de la investigación científica para remodelar nuestra comprensión del mundo natural.
El estudio completo fue publicado en la revista química de la naturaleza.
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