Le tecniche analitiche avanzate stanno rivoluzionando la nostra comprensione delle strutture molecolari. Recentemente, è stata messa in discussione l’organizzazione delle molecole sulla superficie di un volume di acqua salata. Un team di ricerca congiunto dell’Università di Cambridge nel Regno Unito e dell’Istituto Max Planck per la Ricerca sui Polimeri in Germania ha portato alla luce nuove scoperte rivoluzionarie.
Contrariamente alle precedenti ipotesi, gli ioni, che sono particelle cariche elettricamente, non agiscono attivamente sulla superficie delle soluzioni, ma si posizionano in uno strato sub-superficiale. Questa scoperta, che richiederà una revisione dei modelli tradizionali nei libri di testo, è stata divulgata attraverso un comunicato stampa dell’Università di Cambridge. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Nature Chemistry. Yair Litman, chimico teorico dell’Università di Cambridge, sottolinea l’importanza di questa scoperta:
La nostra ricerca mostra che la distribuzione degli ioni in semplici soluzioni elettrolitiche differisce notevolmente da quella precedentemente teorizzata. È lo strato sub-superficiale arricchito di ioni a determinare l’organizzazione dell’interfaccia.
Implicazioni del nuovo modello di H2O
I modelli tradizionali prevedevano che cationi o anioni si orientassero esclusivamente verso l’alto, costituendo lo strato superiore del cosiddetto doppio strato elettrico. Tuttavia, il team ha impiegato una tecnica avanzata di radiazione laser denominata generazione vibrazionale a somma di frequenze (VSFG) per analizzare le vibrazioni molecolari a scala ridotta con elevata precisione. Combinando questa metodologia con modelli basati su reti neurali, i ricercatori hanno potuto determinare se gli ioni presenti sulla superficie fossero cationi o anioni. Il nuovo studio ha rivelato che gli ioni possono orientarsi sia verso l’alto che verso il basso, contraddicendo la teoria di una direzione unica. Litman descrive così la struttura:
In cima troviamo alcuni strati di acqua pura, seguiti da uno strato ricco di ioni e, infine, la soluzione salina stessa.
Queste scoperte forniscono una nuova comprensione di cosa avviene ai confini della maggior parte delle soluzioni liquide elettrolitiche semplici. La disposizione delle molecole rivela come queste reagiranno con l’ambiente circostante. Una conoscenza approfondita di questi strati e della loro disposizione può avere un impatto significativo su vari modelli, come quelli riguardanti la superficie oceanica, essenziali per prevedere gli effetti dei cambiamenti climatici sull’atmosfera. I ricercatori suggeriscono che questa nuova comprensione potrebbe favorire lo sviluppo di tecnologie in cui è necessario combinare solidi e liquidi, come nel caso delle batterie.