Verdens reneste vanddråbe

I naturen, der er ikke noget, der hedder en virkelig ren overflade. Kontakt med normal luft er tilstrækkelig til at belægge ethvert materiale med et tyndt lag molekyler. Dette "molekylære snavs" kan ændre materialets egenskaber betydeligt, alligevel er molekylerne selv vanskelige at studere. Nogle har spekuleret i, at dette "snavs" simpelthen er et enkelt lag vandmolekyler. For at teste denne idé, en ny undersøgelsesmetode er blevet udviklet på TU Wien:Ved at skabe ultra-ren is i et vakuumkammer og derefter smelte den, forskere kunne skabe verdens reneste vanddråber, som derefter blev påført titandioxidoverflader.

Med denne metode, forskerne har vist, at "snavs", der ændrer egenskaberne af titandioxidoverflader, er et enkeltmolekyle-tykt lag af to organiske syrer:eddikesyre (der gør eddike sur) og dens nære slægtning, myresyre. Dette er overraskende, fordi der kun findes små spor af disse syrer i luften. Disse resultater og detaljerne i den nye metode blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Videnskab .

Uforklarede strukturer

Titandioxid (TiO ₂ ) er et rigeligt mineral, der spiller en vigtig rolle i en lang række tekniske applikationer, herunder selvrensende overflader. For eksempel, et tyndt lag titandioxid forhindrer spejle i at duge i fugtig luft. Ved hjælp af meget kraftfulde mikroskoper, forskere rundt om i verden observerede et ukendt molekyle, der blev knyttet til titandioxidoverflader, da de kom i kontakt med vand.

Ideen er blevet foreslået, at disse molekyler var en ny type vandis eller måske sodavand dannet af kuldioxid i luften. Det korrekte svar er meget mere interessant:som forskergruppen opdagede, disse strukturer er faktisk to organiske syrer, eddikesyre og myresyre. Disse syrer er biprodukter fra plantevækst. Det er bemærkelsesværdigt, at kun små spor af disse syrer forekommer i luften - et par sure molekyler pr. Milliard luftmolekyler. Selvom mange andre molekyler er mere almindelige i luft, det er disse to syrer, der klæber til metaloxidoverfladen og ændrer dens adfærd.

Ultra rent vand i et vakuum

"For at undgå urenheder, forsøg som disse skal udføres i et vakuum, "siger Ulrike Diebold." Derfor, vi måtte lave en vanddråbe, der aldrig kom i kontakt med luften, Placer derefter dråben på en titandioxidoverflade, der var omhyggeligt renset ned til atomskalaen. "Denne opgave blev endnu vanskeligere ved, at vanddråber fordampede ekstremt hurtigt i et vakuum, uanset temperaturen.

Forskerne fandt på en genial ny undersøgelsesmetode. Deres løsning var at lave en 'kold finger' i deres vakuum. Spidsen af ​​denne metalfinger afkøles til omkring -140 ° C, og ultraren vanddamp får derefter lov til at strømme ind i kammeret. Vandet fryser på spidsen af ​​den kolde finger, producerer en lille, ultra-ren istap. Titandioxidprøven placeres derefter under fingeren. Når istappen smelter, ultrarent vand falder på prøven.

Organiske syrer har skylden

Overfladen blev derefter undersøgt ved hjælp af kraftige mikroskoper, men forskerne så ingen spor af de ukendte molekyler ved hjælp af ultrarent vand. Selv da de lavede sodavand med kuldioxid, det mærkelige "snavs-lag" blev ikke fundet. Det betyder, at molekylerne skal komme fra andet end vand eller kuldioxid.

Først når prøven bringes i kontakt med luft, fremkommer de mærkelige molekyler. Interessant nok, de samme molekyler blev observeret i forskellige dele af verden - i byerne Wien og i en landlig del af USA. Kemisk analyse viste, at de var simple organiske syrer, der typisk produceres af planter.

"Dette resultat viser os, hvor forsigtige vi skal være, når vi udfører eksperimenter af denne art, "siger Ulrike Diebold." Selv små spor i luften, som faktisk kunne betragtes som ubetydelig, er nogle gange afgørende. "

Resultaterne af forskningsarbejdet er blevet offentliggjort i tidsskriftet Videnskab .