3月 3, 2024

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水の分子の発見により教科書の書き換えが余儀なくされる • Earth.com

水の分子の発見により教科書の書き換えが余儀なくされる • Earth.com

伝統的な知識からの顕著な変化として、英国大学の研究者らによって行われた最近の研究が… ケンブリッジ大学 そしてマックス・プランク研究所は、 ポリマーの研究 水の分子の挙動に関する先駆的な洞察を明らかにします。

この発見は、教科書のモデルを描き直す準備ができており、気候と環境科学の理解に重要な意味を持ちます。

水の分子と塩水

従来、塩水、つまり電解質溶液の表面では水分子が一定の並び方をしていると考えられていました。

この配列は、海洋水の蒸発など、さまざまな大気および環境プロセスにおいて極めて重要な役割を果たしており、大気化学および気候科学にとって不可欠な部分です。

したがって、これらの地表の挙動を包括的に理解することが、地球に対する人間の影響に対処する鍵となります。

しかし、これらの表面を研究する従来の方法、特に振動周波数和生成 (VSFG) として知られる技術を使用した方法には限界がありました。

振動和周波発生 (VSFG)

VSFG はこれらの重要な界面での分子振動の強度を効果的に測定できますが、これらの信号が正であるか負であるかを区別することはできません。

このギャップは歴史的に、データのあいまいな解釈につながってきました。

研究チームは、ヘテロダイン検出 (HD)-VSFG として知られる VSFG の高度なバージョンを高度なコンピューター モデリングと組み合わせて使用​​し、これらの課題に正面から取り組んできました。

彼らのアプローチにより、さまざまな電解質溶液と空気と水の界面での挙動をより正確に研究することが可能になりました。

革命的な結果

この研究から発見されたことは、まさに革命的なことでした。 イオンは電気二重層を形成し、水分子を一方向に向けるという長年の考えに反して、今回の研究はまったく異なるシナリオを示している。

正イオン (カチオン) と負イオン (アニオン) は両方とも、水と空気の界面から枯渇していることがわかります。

さらに興味深いことに、単純な電解質中のカチオンとアニオンは、水分子を上下の両方向に向けることができ、現在のモデルを覆します。

ヤイール・リットマン博士 ユセフ・ハミド、化学科研究の共同筆頭著者である同氏が調査結果を説明している。

「私たちの研究は、単純な電解質溶液の表面がこれまで考えられていたものとは異なるイオン分布を持っていることを示しています」とリットマン氏は説明した。

「イオンが豊富な下面が界面の構成を決定します。上部には純水の層が数層あり、次にイオンが豊富な層、そして塩水が続きます。」

水の分子の研究への影響

共同筆頭著者でもあるマックス プランク研究所の Kuo Yang-chiang 博士は、これらの発見の重要性を強調し、高レベルの HD-VSFG とシミュレーションの併用を強調しています。

「この論文は、高レベルの HD-VSFG とシミュレーションの組み合わせが、液体界面の分子レベルの理解に貢献する貴重なツールであることを実証しています」と Chiang 氏は説明しました。

同大学分子分光学部長のミーシャ・ブーン教授 マックス・プランク研究所「この種の界面は地球上のあらゆる場所に存在するため、それらを研究することは基本的な理解に役立つだけでなく、より良いデバイスや技術の開発にもつながる可能性があります。私たちはこれらと同じ方法を固体/液体界面の研究にも応用しています。電池やエネルギー貯蔵に応用できる可能性があります。

同氏は、チームはこれらの手法を固体/液体界面の研究に応用しており、電池やエネルギー貯蔵などの分野に応用できる可能性があると付け加えた。

要約すると、この研究は大気化学モデリングとさまざまな応用におけるパラダイムシフトであり、環境プロセスの理解における大きな一歩を表しています。

これは、知識の絶え間ない追求と、自然界に対する私たちの理解を再構築する科学研究の変革力の証です。

研究全体は雑誌に掲載されました 自然化学

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