Penemuan molekul air bertentangan dengan model buku teks

Penelitian perintis menunjukkan bahwa molekul air di permukaan air asin berperilaku berbeda dari yang diperkirakan sebelumnya, sehingga memberikan perspektif baru bagi ilmu pengetahuan dan teknologi lingkungan.

Model buku teks perlu digambar ulang setelah tim peneliti menemukan bahwa molekul air di permukaan air asin tersusun berbeda dari yang diperkirakan sebelumnya.

Banyak interaksi penting terkait proses iklim dan lingkungan terjadi ketika molekul air berinteraksi dengan udara. Misalnya, penguapan laut memainkan peran penting dalam kimia atmosfer dan ilmu iklim. Memahami respons ini sangat penting dalam upaya mitigasi dampak manusia terhadap planet kita.

Distribusi ion pada antarmuka udara-air dapat mempengaruhi proses atmosfer. Namun, pemahaman yang tepat tentang interaksi mikroskopis pada antarmuka penting ini telah dibahas secara luas hingga saat ini.

Representasi grafis antarmuka cairan/udara dalam larutan natrium klorida. Kredit: Yair Litman

Teknik pencarian yang inovatif

Dalam penelitian yang dipublikasikan hari ini (15 Januari) di majalah tersebut Kimia alamPara peneliti dari Universitas Cambridge dan Institut Penelitian Polimer Max Planck di Jerman telah menunjukkan bahwa ion dan molekul air pada permukaan sebagian besar larutan air garam, yang dikenal sebagai elektrolit, tersusun dengan cara yang sangat berbeda dari yang selama ini dipahami. Hal ini dapat menghasilkan model kimia atmosfer dan aplikasi lainnya yang lebih baik.

Para peneliti mulai mempelajari bagaimana molekul air dipengaruhi oleh distribusi ion pada titik tertentu di mana udara dan air bertemu. Secara tradisional, hal ini dilakukan dengan menggunakan teknik yang disebut Getaran Frekuensi Jumlah Generasi (VSFG). Dengan menggunakan teknologi radiasi laser, getaran molekul dapat diukur secara langsung pada antarmuka utama ini. Namun, meskipun kekuatan sinyal dapat diukur, teknik ini tidak mengukur apakah sinyal tersebut positif atau negatif, sehingga hasilnya sulit diinterpretasikan di masa lalu. Selain itu, penggunaan data eksperimen saja dapat memberikan hasil yang ambigu.

Tim mengatasi tantangan ini dengan menggunakan bentuk VSFG yang lebih canggih, yang disebut heterodyne-detected (HD)-VSFG, untuk mempelajari berbagai larutan elektrolit. Mereka kemudian mengembangkan model komputer canggih untuk mensimulasikan fasad dalam berbagai skenario.

Merevolusi model tradisional

Hasil gabungan menunjukkan bahwa ion bermuatan positif, yang disebut kation, dan ion bermuatan negatif, yang disebut anion, terkuras dari antarmuka air/udara. Kation dan anion dalam elektrolit sederhana mengarahkan molekul air ke atas dan ke bawah. Hal ini berlawanan dengan model buku teks yang mengajarkan bahwa ion membentuk lapisan ganda listrik dan mengarahkan molekul air hanya ke satu arah.

Rekan penulis pertama, Dr Yair Litman, dari Departemen Kimia Yosef Hamid, mengatakan: “Pekerjaan kami menunjukkan bahwa permukaan larutan elektrolit sederhana memiliki distribusi ionik yang berbeda dari yang diperkirakan sebelumnya dan bahwa permukaan dasar yang diperkaya ion menentukan bagaimana antarmukanya. terorganisir. Di bagian atas ada beberapa lapisan air.” Murni, lalu lapisan kaya ion, dan terakhir larutan garam curah.

Rekan penulis pertama Dr Kuo Yangqiang dari Max Planck Institute mengatakan: “Makalah ini menunjukkan bahwa kombinasi HD-VSFG tingkat tinggi dan simulasi adalah alat yang sangat berharga yang akan berkontribusi pada pemahaman antarmuka cairan pada tingkat molekuler.”

Profesor Mischa Poon, yang mengepalai Departemen Spektroskopi Molekuler di Max Planck Institute, menambahkan: “Jenis antarmuka ini ditemukan di mana pun di planet ini, jadi mempelajarinya tidak hanya membantu pemahaman dasar kita, namun juga dapat menghasilkan perangkat dan teknologi yang lebih baik. .” Metode yang sama untuk mempelajari antarmuka padat/cair, yang mungkin mempunyai aplikasi potensial dalam baterai dan penyimpanan energi.

Referensi: “Stratifikasi permukaan menentukan struktur air permukaan larutan elektrolit sederhana” 15 Januari 2024, Kimia alam.
doi: 10.1038/s41557-023-01416-6