Oamenii de știință au observat încărcături similare care se atrag reciproc pe distanțe lungi, într-o aparentă contradicție a unui principiu fundamental al fizicii.
Afirmat pentru prima dată de fizicianul francez Charles-Augustin de Coulomb în secolul al XVIII-lea, „opușii se atrag și încărcături asemănătoare se resping reciproc” a devenit un limbaj familiar – chiar fiind reformulat celebru de către Paula Abdul.
Acum, o nouă cercetare publicată la 1 martie în jurnal Nanotehnologia naturii a complicat această imagine. O echipă de cercetători a descoperit că, în unele lichide, este adevărat opusul: particulele încărcate asemănătoare se atrag.
„Deoarece obiectele încărcate asemănătoare aflate în vid sunt de așteptat să se respingă, indiferent dacă semnul sarcinii pe care o poartă este pozitiv sau negativ, se așteaptă ca particulele cu încărcare similară din soluție să se respingă monoton”, au scris cercetătorii în lucrare. .
Pentru a testa ipoteza, cercetătorii au plasat microparticule de silice încărcate (măsurând doar 0,0002 inci, sau 5 micrometri, lățime – o fracțiune din lățimea unui păr uman) în apă sau în unul dintre cele două tipuri de alcool. Urmărind încărcăturile cu un microscop, echipa a stabilit că, în interiorul apei, particulele încărcate pozitiv s-au îndepărtat unele de altele în conformitate cu legea lui Coulomb.
Dar particulele încărcate negativ s-au comportat cu totul diferit: s-au aglomerat în structuri minuscule hexagonale. Acest efect a apărut atunci când apa a devenit ușor acidă – într-o fereastră de pH între 5 și 6,5, sau aproximativ la fel de acidă ca cafeaua sau laptele – și a dispărut în afara acestui interval.
Legate de: Bateriile Quantum s-ar putea încărca mai repede prin amestecarea regulilor cauzei și efectului
Și când particulele încărcate pozitiv au fost plasate în interiorul etanolului sau izopropanolului, a avut efectul opus: sarcinile pozitive au fost atrase unele de altele, iar cele negative respinse.
Pentru a explica comportamentul ciudat, cercetătorii au apelat la o teorie dezvoltată de ei, care modela apa mai degrabă ca moleculară decât ca mediu continuu.
“Al nostru [standard] ecuațiile sunt ecuații de continuu – nu respectă natura granulară a continuumului”, autorul principal Madhavi Krishnan, profesor de chimie fizică la Universitatea din Oxford, a declarat pentru Live Science. „Funcționează perfect în majoritatea situațiilor, cu excepția cazului în care nu este așa.”
Modelând moleculele de apă ca niște dipoli electromagnetici mici – cu o ușoară sarcină negativă la atomul de oxigen și o sarcină pozitivă în jurul atomilor de hidrogen – cercetătorii au descoperit că o „forță de electrosolvație” apare din interacțiunea dintre oxigenul negativ și particulele negative de silice. .
Această forță reduce energia totală din sistem după ce un proton a „sărit” pe particulele de silice pentru a le scădea sarcina negativă generală și apare la un interval distinct de pH atunci când protonii din soluție sunt capabili să-și schimbe pozițiile.
„Trebuie să fii într-o gamă de pH în care protonii vor să urce și să se coboare”, a spus Krishnan.
În alcool, dipolul molecular este inversat, ceea ce duce la resimțirea forței între sarcinile pozitive, a descoperit echipa.
Acum, că efectul a fost demonstrat, cercetătorii îl vor folosi pentru a înțelege mai bine condensurile biomoleculare, un tip de organel celular care poate separa fazele conținutului unei celule și ale cărui funcționare sunt vitale pentru înțelegerea bolilor.
„Aș fi uimit dacă principiul de bază de bază nu este similar”, a spus Krishnan. „Dacă putem contribui la înțelegerea acestei clase de probleme, atunci cred că am adăugat un concept destul de important, deoarece se așteaptă ca astfel de fenomene să fie relevante chiar și în cazul bolilor umane”.