מחקר חדש ביטל את העיקרון הבסיסי של הפיזיקה בכך שהוכיח שחלקיקים בעלי מטען דומה יכולים למשוך זה את זה בתמיסה, כשההשפעה משתנה בין מטען חיובי לשלילי בהתאם לממס. לגילוי זה יש השלכות משמעותיות על תהליכים מדעיים שונים, כולל הרכבה עצמית והתגבשות. המחקר חושף את החשיבות של מבנה הממס בממשק בקביעת אינטראקציות בין חלקיקים, מאתגר אמונות ארוכות ומצביע על צורך בהערכה מחדש של ההבנה שלנו לגבי כוחות אלקטרומגנטיים. קרדיט: ג'אנג קאנג
"חיובים הפכים מושכים; כמו מטענים דוחים" הוא עיקרון בסיסי של פיזיקה בסיסית. עם זאת, מחקר חדש מאוניברסיטת אוקספורד, שפורסם לאחרונה בכתב העת טבע ננוטכנולוגיה, הוכיח שחלקיקים בעלי מטען דומה בתמיסה יכולים, למעשה, למשוך זה את זה למרחקים ארוכים.
לא פחות במפתיע, הצוות מצא כי ההשפעה שונה עבור חלקיקים בעלי מטען חיובי ושלילי, בהתאם לממס.
מלבד הפיכת אמונות ארוכות, יש לתוצאות אלו השלכות מיידיות על מגוון תהליכים הכוללים אינטראקציות בין-חלקיקים ואינטראקציות בין-מולקולריות על פני טווחי אורך שונים, כולל הרכבה עצמית, התגבשות והפרדת פאזות.
צוות החוקרים, המבוסס במחלקה לכימיה של אוקספורד, מצא שחלקיקים בעלי מטען שלילי מושכים זה את זה בהפרדות גדולות בעוד שחלקיקים בעלי מטען חיובי דוחים, בעוד ההיפך היה המקרה עבור ממיסים כגון אלכוהול.
הממצאים הללו מפתיעים כי נראה שהם סותרים את העיקרון האלקטרומגנטי המרכזי לפיו הכוח בין מטענים של אותו סימן דוחה בכל ההפרדות.
תצפיות ניסויות
כעת, באמצעות מיקרוסקופיה של שדה בהיר, הצוות עקב אחר מיקרו-חלקיקי סיליקה בעלי מטען שלילי התלויים במים ומצא שהחלקיקים משכו זה את זה ליצירת אשכולות מסודרים בצורה משושה. עם זאת, חלקיקי סיליקה מאומינים בעלי מטען חיובי לא יצרו צבירים במים.
באמצעות תיאוריה של אינטראקציות בין-חלקיקים המתחשבות במבנה הממס בממשק, הצוות קבע כי עבור חלקיקים בעלי מטען שלילי במים, יש כוח משיכה שגובר על הדחייה האלקטרוסטטית בהפרדות גדולות, מה שמוביל להיווצרות צביר. עבור חלקיקים בעלי מטען חיובי במים, האינטראקציה הזו מונעת ממסים היא תמיד דוחה, ולא נוצרים אשכולות.
נמצא שהאפקט הזה תלוי ב-pH: הצוות הצליח לשלוט ביצירת (או לא) של אשכולות עבור חלקיקים בעלי מטען שלילי על ידי שינוי ה-pH. לא משנה ה-pH, החלקיקים הטעונים חיובית לא יצרו אשכולות.
השפעות ספציפיות לממס ותגליות נוספות
באופן טבעי, הצוות תהה האם ניתן לשנות את ההשפעה על חלקיקים טעונים, כך שהחלקיקים הטעונים חיוביים יוצרים אשכולות והשליליים לא. על ידי שינוי הממס לאלכוהול, כמו אתנול, שיש לו התנהגות ממשק שונה למים, זה בדיוק מה שהם הבחינו: חלקיקי סיליקה מאומינים בעלי מטען חיובי יצרו צבירים משושה, ואילו סיליקה בעלת מטען שלילי לא.
לדברי החוקרים, מחקר זה מרמז על כיול מחדש מהותי בהבנה שישפיע על הדרך בה אנו חושבים על תהליכים שונים כמו היציבות של מוצרים פרמצבטיים וכימיקלים עדינים או התקלה הפתולוגית הקשורה לצבירה מולקולרית במחלות אנושיות. הממצאים החדשים מספקים גם ראיות ליכולת לחקור את המאפיינים של הפוטנציאל החשמלי הממשלתי עקב הממס, כגון סימן וגודלו, שבעבר נחשבו בלתי ניתנים למדידה.
פרופסור מדהבי קרישנן (המחלקה לכימיה, אוניברסיטת אוקספורד), שהוביל את המחקר, אומר: "אני באמת גאה מאוד בשני הסטודנטים שלי לתואר שני, כמו גם בבוגרי התואר הראשון, שעבדו כולם יחד כדי להזיז את המחט על התגלית הבסיסית הזו. ."
סידה וואנג (המחלקה לכימיה, אוניברסיטת אוקספורד), מחברת הראשונה של המחקר, אומרת: "אני עדיין מוצאת את זה מרתק לראות את החלקיקים האלה מושכים, אפילו לאחר שראיתי את זה אלף פעמים".
