At bryde en elektrolytladningsneutralitet

Plantes vaskulære cirkulation, ionkanaler, vores eget lymfe netværk og mange energihøstsystemer er afhængige af transport af opløste saltopløsninger gennem snoede ledninger. Disse opløsninger, eller elektrolytter, opretholder en positiv eller negativ ladning, der er afgørende for, hvordan systemet fungerer. Denne ladningsbalance afhænger dog af egenskaberne af den kanal, der indeholder væsken.

I en undersøgelse offentliggjort i The European Physical Journal E , Paolo Malgaretti, fra Helmholtz Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy/Forschungszentrum Jülich, Tyskland, og hans kolleger, udleder nu ligninger, der beskriver, hvordan lokal elektrisk ladning i elektrolytter ændrer sig i kanaler med varierende tværsnit, ved ligevægt. Resultatet kan hjælpe med at forudsige veje for ladede partikler i biologiske og teknologiske systemer.

Når en elektrolytopløsning er indeholdt mellem to plader, siger teorien, at den samlede elektriske ladning i væsken skal svare til den på pladerne. Imidlertid viser Malgaretti og hans holds observationer, at når pladerne nærmer sig en afstand på mindre end 10 nanometer fra hinanden, bryder denne ladningsbalance sammen. Desuden opstår der ny dynamik for elektrolytter, der bevæger sig gennem asymmetriske porer eller kanaler med varierende diametre.

For at fange samspillet mellem geometri og lokal elektrolytladningsbalance udførte Malgaretti og hans team beregninger af en elektrolyt indlejret mellem korrugerede kanalvægge. De fandt ud af, at den lokale afgift blev brudt, hver gang tværsnittet af kanalen ændrede sig. Forskerne siger, at starten på denne overskydende ladning udelukkende skyldes samspillet mellem kanalgeometri og elektrostatiske kræfter og kan sammenlignes med den samlede ladning, der er bygget op på væggene.

Fundet gjaldt både plane og cylindriske geometrier og isolerende og ledende kanalvægge. Det kunne bruges til at forudsige korrektioner til de energiske veje, der opleves af ladede sporpartikler, som induceres af den lokale overskydende ladning.

Flere oplysninger: Paolo Malgaretti et al., Lokal elektroneutralitetsnedbrydning for elektrolytter inden for nanoporer med varierende sektion, The European Physical Journal E (2024). DOI:10.1140/epje/s10189-024-00408-9

Leveret af SciencePOD