Vand er overraskende bestilt på nanoskala

Forskere fra AMOLF og schweiziske EPFL har vist, at overfladen af ​​små vanddråber omgivet af et hydrofobt stof, såsom olie, overraskende er ordnet. Ved stuetemperatur, overfladevandsmolekylerne i disse dråber har meget stærkere interaktioner end ved en normal vandoverflade. Dette kan kaste nyt lys over en række forskellige atmosfæriske, biologiske og endda geologiske processer.

vanddråber i nanometrisk størrelse er overalt - i luften som dråber eller aerosoler, i industrielt fremstillet medicin, og inden for klipper og oliefelter. For at forstå adfærden af ​​disse dråber, det er nødvendigt at vide, hvordan de interagerer med deres hydrofobe miljø. Denne interaktion finder sted ved den buede dråbegrænseflade, et sub-nanometrisk område, der omgiver den lille lomme af vand. Forskere fra EPFL, i samarbejde med instituttet AMOLF i Holland har opdaget, at molekyler på overfladen af ​​dråberne var meget mere ordnede end forventet. Deres overraskende resultater er blevet offentliggjort i Naturkommunikation . De baner vejen for en bedre forståelse af atmosfærisk, biologiske og geologiske processer.

Unikt perspektiv på små dråber

Hos EPFL, Sylvie Roke har udviklet en unik metode til at undersøge overfladen af ​​dråber en tusindedel af tykkelsen af ​​et menneskehår, med et volumen på en attoliter (10 ⁻¹⁸ liter). "Metoden involverer overlappende ultrakorte laserimpulser i en blanding af vanddråber i flydende olie og detektering af fotoner, der kun er spredt fra grænsefladen", forklarer Roke. "Disse fotoner har sumfrekvensen af ​​de indkommende fotoner og er derfor af en anden farve. Med denne nygenererede farve, vi kan bestemme strukturen af ​​grænsefladen."

Hydrogenbinding lige så stærk som i is

Overfladen af ​​vanddråberne viser sig at være meget mere ordnet end normalt vand, og kan sammenlignes med superafkølet vand, hvori molekylerne har meget stærke hydrogenbindingsinteraktioner. i is, disse interaktioner fører til en stabil tetraedrisk konfiguration omkring hvert vandmolekyle. Overraskende nok, denne type struktur blev fundet på overfladen af ​​dråberne selv ved stuetemperatur - 50 °C over, hvor den normalt ville se ud.

Kemiske processer

Denne forskning giver værdifuld indsigt i egenskaberne af nanometriske vanddråber. "De kemiske egenskaber af disse dråber afhænger af, hvordan vandmolekylerne er organiseret på overfladen, så det er virkelig vigtigt at forstå, hvad der foregår der, " forklarede Roke. Yderligere forskning kunne målrette overfladeegenskaberne af vanddråber med tilsætning af salt, en mere realistisk model af marine aerosoler, der består af saltvand omgivet af et hydrofobt miljø. Salt kan enten forbedre vandnettet eller reducere dets styrke. "Eller, det gør måske ikke noget som helst. I betragtning af de overraskende resultater fundet her, vi kan kun spekulere, " siger Roke.