Супротности се привлаче, свиђања одбијају? Научници поништавају основни принцип физике

„Супротни набоји се привлаче; „Као што се набоји одбијају“ је основни принцип фундаменталне физике. Међутим, нова студија са Универзитета у Оксфорду, недавно објављена у часопису нанотехнологија природе, Он је показао да слично наелектрисане честице у раствору могу заправо да привлаче једна другу на велике удаљености.

Такође изненађујуће, тим је открио да се ефекат разликује за позитивно и негативно наелектрисане честице, у зависности од растварача.

Осим што поништавају дуготрајна веровања, ови резултати имају непосредне импликације на низ процеса који укључују интермолекуларне и интермолекуларне интеракције на различитим скалама дужине, укључујући самосастављање, кристализацију и раздвајање фаза.

Тим истраживача, са седиштем на Одсеку за хемију Универзитета у Оксфорду, открио је да се негативно наелектрисане честице међусобно привлаче на великим растојањима, док се позитивно наелектрисане честице одбијају, док је супротан случај са растварачима као што је алкохол.

Ови резултати су изненађујући јер изгледа да су у супротности са централним електромагнетним принципом, који каже да је сила између наелектрисања истог знака одбојна при свим раздвајањима.

Експериментална запажања

Сада, користећи микроскопију светлог поља, тим је пратио сићушне, негативно наелектрисане честице силицијум диоксида суспендоване у води, и открио да се честице привлаче једна другу и формирају уређене, хексагоналне кластере. Међутим, позитивно наелектрисани молекули амино-силицијум диоксида нису формирали кластере у води.

Користећи теорију интеракција честица која узима у обзир структуру растварача на интерфејсу, тим је показао да за негативно наелектрисане честице у води постоји привлачна сила која надмашује електростатичко одбијање на великим растојањима раздвајања, што доводи до формирања грудвице. За позитивно наелектрисане честице у води, ова реакција вођена растварачем је увек одбојна и не формирају се агрегати.

Утврђено је да овај ефекат зависи од пХ вредности: тим је био у стању да контролише формирање (или неформирање) кластера негативно наелектрисаних честица променом пХ. Без обзира на пХ, позитивно наелектрисани молекули не формирају кластере.

Специјални ефекти растварача и додатна открића

Наравно, тим се питао да ли би било могуће променити ефекат на наелектрисане честице, тако да позитивно наелектрисане честице формирају кластере, док негативно наелектрисане честице не. Променом растварача у алкохоле, као што је етанол, који имају другачије понашање интерфејса од воде, управо су то приметили: позитивно наелектрисани молекули амино-силицијум диоксида формирали су хексагоналне групе, док негативно наелектрисани силицијум диоксид није.

Према истраживачима, ова студија укључује фундаменталну рекалибрацију у разумевању које ће утицати на начин на који размишљамо о различитим процесима као што су стабилност фармацеутских и финих хемијских производа или патолошка дисфункција повезана са молекуларном агрегацијом у људским болестима. Нови резултати такође пружају доказе о способности истраживања својстава међуфазног електричног потенцијала који генерише растварач, као што су његов знак и величина, за које се раније сматрало да су немерљиви.

„Заиста сам веома поносан на своје дипломце, као и на студенте додипломских студија, који су сви заједно радили на померању игле на овом фундаменталном открићу“, каже професор Мадхави Кришнан (Одсек за хемију, Универзитет у Оксфорду), који је водио студија.

„И даље ми је фасцинантно видети ове честице како се привлаче, чак и након што сам то видела хиљаду пута“, каже Сида Ванг (Одсек за хемију, Универзитет у Оксфорду), први аутор студије.

Референца: „Сила зависна од дугог домета покреће ад хоц склапање материје у раствору“ од Сида Ванг, Роуан Вокер Гибонс, Бетани Воткинс, Мелиса Флин и Мадхави Кришнан, 30. фебруар 2024. Нанотехнологија природе.
дои: 10.1038/с41565-024-01621-5