Ученые выясняют, как двигаются протоны Н+ в среде вода-твердое вещество, - пишет eurekalert.org со ссылкой на Nature Nanotechnology.
Протон Н+ состоит из одного иона водорода - самого маленького и самого легкого из всех химических элементов. Эти протоны встречаются в природе в воде, где крошечная доля молекул H2O самопроизвольно отделяется. Их количество в жидкости определяет, является раствор кислым или щелочным. Протоны также чрезвычайно подвижны, перемещаясь в воде, перепрыгивая с одной молекулы воды на другую.
То, как этот транспортный процесс работает в водоеме, относительно хорошо изучено. Но наличие твердой поверхности может существенно повлиять на поведение протонов, и ученые в настоящее время имеют очень мало инструментов для измерения этих движений на границе раздела вода-твердое вещество. В этом новом исследовании Джин Комтет – постдокторант Школы инженерии Федеральной политехнической школы Лозанны - впервые продемонстрировал поведение протонов, когда вода вступает в контакт с твердой поверхностью. Его результаты показывают, что протоны имеют тенденцию двигаться вдоль границы раздела между этими двумя средами. В исследовании приняли участие исследователи химического факультета Высшей школы в Париже, которые проводили моделирования.
Комтет изучал границу раздела между водой и кристаллом нитрида бора - чрезвычайно гладкого материала. «Поверхность кристалла может содержать дефекты, - говорит Комтет. - Мы обнаружили, что эти несовершенства действуют как маркеры, излучая свет, когда протон связывается с ними». Используя микроскоп сверхвысокого разрешения, исследователь наблюдал эти флуоресцентные сигналы и измерял положение дефектов с точностью до 10 нанометров - невероятно высокая степень точности. Еще интереснее то, что исследование выявило новые возможности активации кристаллических дефектов. «Мы наблюдали дефекты на поверхности кристалла, освещающегося один за другим, когда они вступали в контакт с водой, - добавляет Контет. - Мы поняли, что этот паттерн освещения был получен в результате того, что один протон прыгал от дефекта к дефекту, создавая идентифицируемый путь».
Одним из ключевых выводов исследования является то, что протоны имеют тенденцию двигаться вдоль границы раздела вода-твердое вещество. «Протоны продолжают двигаться, но прижимаются к поверхности твердого тела», - объясняет Комет. Александра Раденович - профессор Лаборатории наноразмерной биологии Школы инженерии Федеральной политехнической школы Лозанны - добавляет: «Это серьезный экспериментальный прорыв, который способствует нашему пониманию того, как заряды в воде взаимодействуют с твердыми поверхностями».
«Наши наблюдения в этом конкретном контексте могут быть легко
перенесены на другие материалы и среды, - говорит Комет. - Эти
открытия могут иметь важные последствия во многих других областях
и дисциплинах: от понимания биологических процессов на границе
раздела клетка-мембрана до разработки более эффективных фильтров
и батарей».
[Фото: ru.123rf.com/profile_varunalight]
