Неожиданное открытие показывает, что запрещенные частицы могут притягивать друг друга
В отличие от человеческих отношений, физика элементарных частиц строга, когда дело доходит до изречения «подобное отталкивается, противоположности притягиваются». Точно так же, как одни и те же полюса любых двух магнитов сопротивляются соприкосновению, отрицательные и положительные заряды испытывают всеобщее отвращение к своему собственному обществу.
Однако химики из Оксфордского университета обнаружили историю в пробирке. это показывает, что любовь всегда найдет выход. Даже между частицами одинакового заряда.
«Мне до сих пор интересно видеть, как эти частицы притягиваются, даже несмотря на то, что я видел это тысячу раз», — говорит ведущий автор исследования Сида Ванг.
Подвесьте несколько электронов в полном вакууме, и они начнут смотреть как электромагнитные кинжалы, отталкивая друг друга с силой, представленной законом Кулона. Аналогичным образом, протоны в пустоте космоса также будут разделены благодаря своим общим положительным зарядам.
С другой стороны, смешайте их с частицами, в которых преобладают разные заряды, и наблюдайте, как последует фейерверк. На самом деле химия не была бы такой же, если бы не закон Кулона, приводящий в действие драмы мыльных опер об атомных любовных треугольниках.
Чтобы упростить задачу, химики предполагают, что этот закон справедлив и для заряженных частиц, плавающих в растворе, как это происходит для тех же самых частиц в вакууме. Ван и его команда рассматривали возможность того, что правила могут быть не такими простыми, когда речь идет о растворителе.
В ряде экспериментов, основанных на частицах кремнезема в различных видах растворов, исследователи измеряли такие факторы, как кислотность и молекулярная структура растворителя для определения силы взаимодействия частиц. Используя оптический микроскоп, они также рассчитали распределение плотности частиц.
На основании их наблюдений стало ясно, что отрицательно заряженные частицы кремнезема в растворах на водной основе не раздвигаются, как это было бы в идеале. , пустое место. На самом деле они сближались.
Возможное объяснение можно найти в исследованиях pH раствора, который влиял на силу притяжения при изменении от относительно кислого 4 до довольно основного 10.
Как ни странно, частицы кремнезема, имеющие положительный заряд, вели себя совсем не так, по крайней мере, в водных растворах. Однако дальнейшие эксперименты с использованием спирта в качестве растворителя предоставили прекрасную возможность для положительно заряженных частиц сблизиться.
Эти вновь обнаруженные силы притяжения наблюдались на больших расстояниях, и им противодействовало ожидаемое отталкивание на более коротких расстояниях.
Хотя взаимодействия между частицами и растворителем сложны, очевидно, что они достаточно значительны, чтобы преодолеть вездесущие кулоновские силы, которые обычно раздвигают частицы с одинаковым зарядом.
>То, что исследователи называют «силой электросольватации», заключается в том, что структура раствора и его собственные заряженные компоненты взаимодействуют с поверхностями взвешенных частиц таким образом, что создается чистая сила притяжения, стягивающая кремнезем в кластеры, несмотря на их отталкивание.
Результаты могут иметь существенное значение практически в любой области науки, где важно движение заряженных частиц в растворе, потенциально способствуя прогрессу во всем: от фармацевтических разработок до понимания болезней и создания новых видов. нанотехнологий.
«Однозаряженные молекулы в растворе на самом деле могут испытывать противоречивое сильное и дальнодействующее притяжение даже в физиологических условиях», — заключают Ван и его коллеги.
Внезапно человек романтика не кажется такой уж сложной.
Это исследование было опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.
