Sürpriz Keşif, Yasak Parçacıkların Birbirini Çekebileceğini Gösterdi

İnsan ilişkilerinden farklı olarak, parçacık fiziği “ayı türler iter, karşıtlar çeker” sözü konusunda katıdır. Nasıl ki iki mıknatısın aynı kutupları temasa direniyorsa, negatif ve pozitif yüklerin de kendi toplumlarına karşı evrensel bir nefreti vardır. Çözeltideki yüklü nesneler arasındaki etkileşimlerin genellikle elektromanyetizmanın iki temel ilkesini yansıtması beklenir: benzer yüklü nesneler birbirini iter ve zıt yükler bir birini çeker, bunu elektrik yüklerinin işaretine bakılmaksızın yaparlar.

Yasak Parçacıklar

Burada çözücünün parçacıklar arası etkileşimlerde önceden şüphelenmeyen ancak kritik bir rol oynadığını ve daha da önemlisi sıvı fazdaki etkileşimlerin yük değişim simetrisini bozabileceğini deneysel olarak gösteriyoruz. Sulu bir çözeltideki negatif yüklü parçacıkların uzun mesafelerde birbirlerini çekebildiğini, pozitif yüklü parçacıkların ise birbirini ittiğini gösterdik. Alkoller gibi arayüzde net bir moleküler dipol inversiyonuna sahip çözücülerde bunun tersi doğru olabilir: pozitif yüklü parçacıklar birbirini çekerken, negatif yüklü parçacıklar iter. Gözlemler, inorganik silika ve polimer parçacıklarından sulu çözeltideki polielektrolit ve polipeptit kaplı yüzeylere kadar çeşitli yüzey kimyaları için geçerlidir. Ara yüzeyde çözücü yapılanmasını varsayan parçacık etkileşim teorisi bu gözlemleri yansıtmaktadır. Araştırma, solvent moleküllerinin çözelti içinde güçlü ve uzun menzilli kuvvetleri indükleyebildiği nanoskopik bir arayüzey mekanizması kurar; bu, kendi kendine toplanma, jelleşme ve kristalleşme gibi uzunluk ölçeklerinde bir dizi parçacık ve moleküler süreç için doğrudan sonuçlara sahiptir. biyomoleküler süreçler olarak: yoğunlaşma, koaservasyon ve faz ayrımı.

Ancak Oxford Üniversitesi’ndeki kimyagerler aşkın her zaman bir yolunu bulacağını gösteren bir deney tüpü hikayesi keşfettiler. Aynı yüke sahip parçacıklar arasında bile.

Araştırmanın başyazarı Sida Wang, “Daha önce binlerce kez görmeme rağmen bu parçacıkların birbirini nasıl çektiğini görmek benim için hala ilginç” diyor. Birkaç elektronu tam bir boşluğa yerleştirin ve elektromanyetik hançerlerle çarpışarak Coulomb yasasının temsil ettiği kuvvetle birbirlerini iterler. Benzer şekilde, uzay boşluğundaki protonlar da genel pozitif yükleri nedeniyle birbirinden uzaklaşır. Öte yandan, onu farklı yüklerin hakim olduğu parçacıklarla karıştırın ve havai fişeklerin ortaya çıkmasını izleyin. Kelimenin tam anlamıyla, Coulomb Yasası atomik aşk üçgenlerini konu alan pembe dizi dramalarına güç vermeseydi kimya aynı olmazdı.

Basitlik açısından kimyacılar, bu yasanın, boşluktaki aynı parçacıklara uygulandığı gibi, çözelti içinde asılı duran yüklü parçacıklara da geçerli olduğunu varsayarlar. Wang ve ekibi, konu solvent olduğunda kuralların bu kadar basit olmayabileceği ihtimalini değerlendirdi.

Farklı tipte çözeltilerde silika parçacıklarının kullanıldığı bir dizi deneyde araştırmacılar, parçacıkların etkileşimlerinin gücünü belirlemek için çözücünün asitliği ve moleküler yapısı gibi faktörleri ölçtüler. Optik bir mikroskop kullanarak parçacık yoğunluğu dağılımını da hesapladılar. Gözlemlerine dayanarak, su bazlı çözeltilerdeki negatif yüklü silikat parçacıklarının, ideal boş uzayda olduğu gibi birbirinden ayrılmadığı ortaya çıktı. Tam tersine çok iyi anlaşıyorlardı.

Nispeten asidik bir değer olan 4’ten daha bazik bir değer olan 10’a geçerken çekim gücünü etkileyen bir çözeltinin pH’ı ile ilgili çalışmalarda olası bir açıklama bulunabilir. İşin garibi, pozitif yüke sahip silikat parçacıklarının tümü davranış göstermedi. bu şekilde, en azından sulu çözeltilerde olmaz. Bununla birlikte, alkolün çözücü olarak kullanıldığı daha ileri deneyler, pozitif yüklü parçacıkları birbirine yaklaştırmak için mükemmel bir fırsat sağladı.

Yeni keşfedilen bu çekimler uzun mesafelerde gözlemlendi ve daha kısa mesafelerde beklenen itmelerle dengelendi.

Parçacıklar ve çözücü arasındaki etkileşimler karmaşık olmasına rağmen, normalde aynı yüklü parçacıkları birbirlerinden iten her yerde bulunan Coulomb kuvvetlerinin üstesinden gelebilecek kadar önemli oldukları açıktır. Araştırmacıların “elektrosolvasyon kuvveti” olarak adlandırdığı olayda, çözeltinin yapısı ve kendi yüklü bileşenleri, asılı parçacıkların yüzeyleriyle, itmelerine rağmen silikayı kümeler halinde çeken net bir çekici kuvvet yaratacak şekilde etkileşime giriyor. Sonuçlar, yüklü parçacıkların çözelti içindeki hareketlerinin önemli olduğu hemen hemen her bilim alanı için önemli etkilere sahip olabilir ve potansiyel olarak farmasötik gelişmelerden hastalıkların anlaşılmasına ve yeni nanoteknoloji türlerinin geliştirilmesine kadar her alanda ilerlemeyi kolaylaştırabilir.

Wang ve meslektaşları, “Belki de çözeltideki yüklü moleküller, fizyolojik koşullar altında bile aslında çelişkili güçlü ve uzun menzilli çekimler yaşayabilir” sonucuna varıyor. Aniden insan sevgisi artık o kadar da karmaşık görünmüyor.

Bu yazı Nature Nanotechnology adresinden derlenmiştir.

Yorum yapın