Znanstvenici krše fundamentalni zakon fizike

Temeljno je načelo fizike da se čestice sa suprotnim nabojem međusobno privlače, dok se one s istim nabojem odbijaju. Ali sada su znanstvenici sa Sveučilišta u Oxfordu otkrili da se pod određenim okolnostima čestice istog naboja mogu privlačiti.

Tim je otkrio da jednako nabijene čestice suspendirane u tekućinama mogu privlačiti jedna drugu na velikim udaljenostima, ovisno o otapalu i predznaku naboja. Studija ima neposredne implikacije na procese koji uključuju interakcije u otopini na različitim duljinama, uključujući samosastavljanje, kristalizaciju i odvajanje faza.

Osim što poništavaju dugotrajna uvjerenja, ovi rezultati imaju neposredne implikacije na niz procesa koji uključuju međučestične i međumolekularne interakcije na različitim skalama duljine, uključujući samosastavljanje, kristalizaciju i odvajanje faza.

Ova otkrića su iznenađujuća jer se čini da proturječe središnjem elektromagnetskom principu da je sila između naboja istog predznaka odbojna pri svim razmacima.

Koristeći mikroskopiju sa svijetlim poljem, tim je pratio negativno nabijene mikročestice silicijevog dioksida suspendirane u vodi i otkrio da se čestice međusobno privlače i formiraju heksagonalno raspoređene nakupine. Pozitivno nabijene čestice aminiranog silicijevog dioksida, međutim, nisu formirale klastere u vodi.

Koristeći teoriju međučestičnih interakcija koja razmatra strukturu otapala na sučelju, tim je ustanovio da za negativno nabijene čestice u vodi postoji privlačna sila koja nadmašuje elektrostatsko odbijanje pri velikim razmacima, što dovodi do stvaranja klastera. Za pozitivno nabijene čestice u vodi ova interakcija uzrokovana otapalom uvijek je odbojna i ne stvaraju se nakupine.

Utvrđeno je da ovaj učinak ovisi o pH. Tim je mogao kontrolirati formiranje (ili ne) klastera za negativno nabijene čestice mijenjanjem pH. Bez obzira na pH, pozitivno nabijene čestice nisu formirale klastere.

Naravno, tim se pitao može li se učinak na nabijene čestice promijeniti, tako da pozitivno nabijene čestice formiraju klastere, a negativne ne. Promjenom otapala u alkohole, kao što je etanol, koji ima drugačije ponašanje međupovršine od vode, to je upravo ono što su primijetili. Pozitivno nabijene čestice aminiranog silicijevog dioksida formirale su heksagonalne nakupine, dok negativno nabijeni silicij dioksid nije.

Prema istraživačima, ova studija podrazumijeva temeljnu ponovnu kalibraciju u razumijevanju koja će utjecati na način na koji razmišljamo o procesima koji su različiti poput stabilnosti farmaceutskih i finih kemijskih proizvoda ili patološkog kvara povezanog s molekularnom agregacijom u ljudskim bolestima. 

Nova otkrića također pružaju dokaze za sposobnost ispitivanja svojstava međufaznog električnog potencijala uzrokovanog otapalom, kao što su njegov predznak i veličina, za koje se prije smatralo da su nemjerljivi.

Istraživanje objavljeno u časopisu Nature Nanotechnology pogledajte ovdje.