Найдено объяснение «всплытию» отрицательных ионов в воде
 Схематичное изображение процесса "выталкивания" отрицательно заряженного иона хлора к поверхности. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Вода – одна из самых распространенных, но, в то же время, загадочных веществ на земле. С точки зрения пространственного строения, молекулы воды представляют собой диполь, обладающий отрицательно и положительно заряженными «концами». Благодаря электростатическому притяжению такие диполи могут создавать целое облако вокруг заряженных ионов, находящихся в воде, обращаясь к ним противоположно заряженным «концом»: т.е. к положительным ионам диполи будут ориентироваться своим отрицательным концом, и, наоборот, к отрицательным ионам молекула воды обратиться положительной «стороной». Подобная оболочка из диполей носит название сольватной. Ее формирование облегчает диссоциацию молекул различных веществ, а также растворение кристаллов в воде.
Ионы, окруженные сольватной оболочкой, движутся в воде вместе со всей своей «свитой», однако, их заряд влияет на поведение не только ближайших к нему диполей воды, но и на молекулы, расположенные на некотором отдалении. На больших расстояниях это влияние может порождать весьма интересные эффекты. К примеру, согласно положениям электромагнитной теории, любой заряд в такой непроводящей («диэлектрической») среде индуцирует такой же по величине заряд противоположного знака на поверхности среды. Таким образом, ионы, находящиеся в объеме воды, должны естественным образом отталкиваться от границы «вода-воздух» (ведь от этой «границы» будет отталкиваться их сольватная оболочка).
Однако, последние эксперименты показали, что некоторые ионы, в особенности это касается отрицательно заряженных ионов галогенов (например, брома и йода), от поверхности не отталкиваются, а, наоборот, притягиваются. При этом активное перемещение ионов к поверхности, к примеру, в каплях воды в атмосфере, является одним из механизмов, посредством которого галогены отрицательно воздействуют на озон. Теоретиками было предложено сразу несколько объяснений данного феномена, но до сих пор научный мир не мог прийти к единому мнению.
В подтверждение одной из предложенных теорий группа ученых из Federal University of Rio Grande (Бразилия) выполнила моделирование явления. Результаты своей работы ученые опубликовали в журнале Physical Review Letters.
Традиционные модели в рамках решения задач о поведении ионов в воде ранее представляли их в виде заряженных сфер с равномерным распределением заряда. Но в своей работе исследователи отказались от этого представления, т.к., по их мнению, при приближении к поверхности традиционная модель теряет смысл. Выполненные расчеты показали, что отрицательно заряженные ионы галогенов действительно «выталкиваются» на поверхность, причем, ответственно за этот феномен особое распределение заряда внутри самого иона. Более того, группа провела похожее моделирование для положительно-заряженных ионов и получила результат, отлично согласующийся с практикой: положительно заряженные ионы в рамках предложенной модели отталкиваются от поверхности.
Новая информация может быть полезна не столько в различных сферах физики, сколько в биохимии, особенно в областях, работающих с белками в водных растворах.
Также по теме:
Источники: