Zıt kutuplar çeker, sevenler iter mi? Bilim adamları fiziğin temel prensibini altüst ediyor

“Zıt yükler birbirini çeker; “Benzer yükler birbirini iter” temel fiziğin temel ilkesidir. Ancak Oxford Üniversitesi'nin yakın zamanda dergide yayınlanan yeni bir çalışması doğa nanoteknoloji, Çözeltideki benzer yüklü parçacıkların aslında uzun mesafelerde birbirlerini çekebileceğini gösterdi.

Ayrıca şaşırtıcı bir şekilde ekip, çözücüye bağlı olarak pozitif ve negatif yüklü parçacıklar için etkinin farklı olduğunu buldu.

Uzun süredir inanılan inançları tersine çevirmenin yanı sıra, bu sonuçlar, kendi kendine toplanma, kristalleşme ve faz ayrımı da dahil olmak üzere, farklı uzunluk ölçeklerinde moleküller arası ve moleküller arası etkileşimleri içeren bir dizi süreç için acil sonuçlara sahiptir.

Oxford Üniversitesi Kimya Bölümü'nden araştırma ekibi, negatif yüklü parçacıkların büyük mesafelerde birbirini çektiğini, pozitif yüklü parçacıkların ise birbirini ittiğini, alkol gibi çözücülerde ise durumun tam tersi olduğunu buldu.

Bu sonuçlar şaşırtıcı çünkü aynı işaretteki yükler arasındaki kuvvetin tüm mesafelerde itici olduğunu belirten merkezi elektromanyetik prensiple çelişiyor gibi görünüyorlar.

Deneysel gözlemler

Ekip şimdi, parlak alan mikroskobu kullanarak suda asılı duran küçük, negatif yüklü silika parçacıklarını izledi ve parçacıkların düzenli, altıgen kümeler oluşturacak şekilde birbirini çektiğini buldu. Ancak pozitif yüklü amino silika molekülleri suda kümeler oluşturmadı.

Arayüzdeki çözücünün yapısını hesaba katan parçacık etkileşimleri teorisini kullanan ekip, sudaki negatif yüklü parçacıklar için, büyük ayırma mesafelerinde elektrostatik itmeyi aşan bir çekici kuvvetin bulunduğunu ve bu durumun oluşumuna yol açtığını gösterdi. kümeler. Sudaki pozitif yüklü parçacıklar için, solventin yönlendirdiği bu reaksiyon her zaman iticidir ve herhangi bir topaklanma oluşmaz.

Bu etkinin pH'a bağlı olduğu bulundu: Ekip, pH'ı değiştirerek negatif yüklü parçacık kümelerinin oluşumunu (veya oluşmamasını) kontrol edebildi. PH ne olursa olsun pozitif yüklü moleküller kümeler oluşturmaz.

Çözücülerin özel efektleri ve ek keşifler

Doğal olarak ekip, yüklü parçacıklar üzerindeki etkiyi değiştirmenin mümkün olup olmayacağını merak etti; böylece pozitif yüklü parçacıklar kümeler oluştururken negatif yüklü parçacıklar oluşturmuyordu. Çözücüyü, sudan farklı bir arayüz davranışına sahip olan etanol gibi alkollerle değiştirerek, tam olarak şunu gözlemlediler: pozitif yüklü amino-silika molekülleri altıgen gruplar oluştururken, negatif yüklü silika oluşturmadı.

Araştırmacılara göre bu çalışma, farmasötik ve ince kimyasal ürünlerin stabilitesi veya insan hastalıklarında moleküler toplanmayla ilişkili patolojik işlev bozukluğu gibi çeşitli süreçler hakkındaki düşüncelerimizi etkileyecek temel bir anlayış yeniden kalibrasyonunu içeriyor. Yeni sonuçlar ayrıca, daha önce ölçülemez olduğu düşünülen, işaret ve boyut gibi çözücü tarafından üretilen arayüzey elektrik potansiyelinin özelliklerini keşfetme kabiliyetine dair kanıtlar da sağlıyor.

Araştırmayı yöneten Profesör Madhavi Krishnan (Oxford Üniversitesi Kimya Bölümü), “Bu temel keşifte iğneyi hareket ettirmek için birlikte çalışan lisansüstü öğrencilerim ve lisans öğrencilerim ile gerçekten çok gurur duyuyorum” diyor. çalışmak.

Araştırmanın ilk yazarı Sida Wang (Oxford Üniversitesi Kimya Bölümü), “Binlerce kez görmeme rağmen bu parçacıkların birbirini çekmesini hala büyüleyici buluyorum” diyor.

Referans: Syda Wang, Rowan Walker Gibbons, Bethany Watkins, Melissa Flynn ve Madhavi Krishnan, 30 Şubat 2024, “Uzun menzilli yüke bağlı kuvvet, maddenin çözelti halinde geçici olarak toplanmasını sağlar”, Doğa nanoteknolojisi.
doi: 10.1038/s41565-024-01621-5