Článek
Vědci pozorovali podobné náboje, které se navzájem přitahují na velké vzdálenosti ve zjevném rozporu se základním principem fyziky, píše Space.com.
Nyní nový výzkum publikovaný 1. března v časopise Nature Nanotechnology tuto teorii zkomplikoval. Tým výzkumníků zjistil, že v některých kapalinách je opak pravdou: podobně nabité částice se přitahují.
„Protože se očekává, že podobně nabité objekty ve vakuu se budou odpuzovat bez ohledu na to, zda je znaménko náboje, který nesou, kladné nebo záporné, očekává se, že stejně nabité částice v roztoku se musí také monotónně odpuzovat,“ napsali vědci v článku.
K otestování předpokladu vědci umístili nabité mikročástice oxidu křemičitého (měřící pouhých 0,0002 palce nebo 5 mikrometrů na šířku, zlomek šířky lidského vlasu) do vody nebo jednoho ze dvou typů alkoholu. Sledováním nábojů pomocí mikroskopu tým zjistil, že ve vodě se kladně nabité částice od sebe odsunuly v souladu s Coulombovým zákonem.
Ale záporně nabité částice se chovaly úplně jinak: shlukovaly se do drobných šestiúhelníkových struktur. K tomuto efektu došlo, když byla voda mírně kyselá, v okně pH mezi 5 a 6,5, nebo asi tak kyselá jako káva nebo mléko, a zmizela mimo tento rozsah.
A když byly kladně nabité částice umístěny do ethanolu nebo isopropanolu, mělo to opačný účinek: kladné náboje se k sobě přitahovaly a záporné se odpuzovaly.
Aby vysvětlili podivné chování, výzkumníci se obrátili na teorii, kterou vyvinuli a která modelovala vodu jako molekulární spíše než jako spojité médium.
„Naše [standardní] rovnice jsou rovnice kontinua – nerespektují zrnitou povahu kontinua,“ řekl pro Live Science hlavní autor Madhavi Krishnan, profesor fyzikální chemie na univerzitě v Oxfordu. „Funguje to perfektně ve většině situací, kromě případů, kdy ne.“
Modelováním molekul vody jako malých elektromagnetických dipólů, s mírným záporným nábojem na atomu kyslíku a kladným nábojem kolem vodíkových atomů, výzkumníci zjistili, že „elektrosolvační síla“ vzniká z interakce mezi záporným kyslíkem a zápornými částicemi oxidu křemičitého.
Tato síla snižuje celkovou energii v systému poté, co proton „skočil“ na částice oxidu křemičitého, aby se snížil jejich celkový záporný náboj, a vyskytuje se v určitém rozsahu pH, kdy jsou protony v roztoku schopny změnit své polohy.
„Musíte být v rozmezí pH, kde se protony chtějí zapínat a vypínat,“ řekl Krishnan.
V alkoholu je molekulární dipól převrácený, což vede k pociťování síly mezi kladnými náboji, zjistil tým.
Nyní, když byl účinek prokázán, vědci jej použijí k lepšímu pochopení biomolekulárních kondenzátů, což je typ buněčné organely, která dokáže oddělit fáze obsahu buňky a jejíž fungování je životně důležité pro pochopení nemocí.
„Byl bych ohromen, kdyby základní princip nebyl podobný,“ řekl Krishnan. „Pokud můžeme přispět k pochopení této třídy problémů, pak si myslím, že jsme přidali docela důležitý koncept, protože se očekává, že takové jevy budou relevantní i u lidských nemocí.“
