اكتشف العلماء أن الجسيمات المشحونة المتشابهة يمكن أن تنجذب أحيانًا - عالم الفيزياء

<a href="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract-physics-world-2.jpg" data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/03/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract-physics-world-2.jpg" data-caption=""قوة التحلل الكهربائي" تنجذب جزيئات السيليكا الدقيقة ذات الشحنة السالبة والمعلقة في الماء إلى بعضها البعض لتشكل مجموعات سداسية. (بإذن من: تشانغ كانغ)”>

منذ الصغر، تعلمنا في المدرسة أن الشحنات المتشابهة - سواء كانت إيجابية أو سلبية - سوف تتنافر، في حين تتجاذب الشحنات المعاكسة. اتضح أنه في ظل ظروف معينة، يمكن للشحنات المشابهة أن تجتذب بعضها البعض بدلاً من ذلك. في العمل الذي نشر مؤخرا في طبيعة التكنولوجيا النانويةأثبت الباحثون في جامعة أكسفورد جاذبية الجسيمات المشحونة المتشابهة في المحاليل.

بدأت الرحلة للعالم الرئيسي مادهافي كريشنان مرة أخرى في منتصف العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، عندما صادفت "مشكلة الجذب المتشابه"أثناء دراسة كيفية ضغط جزيئات الحمض النووي في صناديق تشبه الشق. كان من المتوقع أن يتسطح الحمض النووي ليشكل شكلًا هندسيًا يشبه الفطيرة، ولكنه بدلًا من ذلك محاذاة على طول حافة الصندوق. وبدون تطبيق أي قوى خارجية، كان التفسير الوحيد هو أن الحمض النووي ينجذب إلى الصندوق، على الرغم من أن كلاهما مشحونان بشحنة سالبة. وهكذا، وُلِد الاهتمام بكيفية اختلاف الجاذبية والتنافر كما يبدو.

ومع ذلك، فإن مشكلة الرسوم المتشابهة ليست معرفة جديدة. لقد حاول علماء مختلفون على مر السنين شرح كيفية تجاذب الشحنات المتشابهة، مع بعض الأعمال المبكرة المستقاة من هذه الظاهرة ايرفينج لانجموير في السبعينيات.

إحدى المناطق التي يتم فيها رؤية جذب الشحنات المتشابهة بشكل أكبر هي داخل السوائل، وتفاعل المادة الصلبة مع السوائل. يقول كريشنان: "لقد واجهت المشكلة في وقت مبكر من مسيرتي كعالم". عالم الفيزياء. "بالنظر إلى الملاحظات التي تنطوي على مثل هذا الابتعاد الأساسي عن الفهم الحالي لظاهرة أساسية ومركزية في مرحلة السوائل، فإن الابتعاد عن المشكلة لن يكون خيارًا على الإطلاق."

لقد شوهد تجاذب الشحنات المتشابهة في السوائل عدة مرات باستخدام الأيونات متعددة التكافؤ، ولكن هذه أنواع أيونية معروفة مستثناة من نظرية DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek) - التوقع بأن الجزيئات المتشابهة الشحنة سوف تتنافر على مسافات طويلة عندما تكون قوى فان دير فالس أضعف من أن تؤثر على التفاعلات بين الجزيئات.

ومع ذلك، فقد ثبت أن عددًا من الجزيئات التي من المتوقع أن تتبع قواعد نظرية DLVO - مثل الأحماض النووية والجسيمات الشحمية والبوليمرات والجسيمات الغروية في الوسط المائي - تمتلك مستوى معينًا من الجذب عند وجود شحنات متشابهة.

لماذا تنجذب بعض الرسوم المشابهة؟

تعتبر النظريات الحالية لجذب الشحنات داخل المذيبات أن السائل عبارة عن سلسلة متصلة ولكنها تتجاهل بعض التفاصيل الدقيقة للمذيب وكيفية تفاعله مع الأسطح الصلبة. ومع ذلك، تشير النظريات الجديدة إلى أن سلوك المذيب عند السطح البيني له تأثير كبير على إجمالي الطاقة الحرة للتفاعل بين جسمين يحملان الشحنة عندما يقتربان من بعضهما البعض.

أظهرت أحدث دراسة أجراها كريشنان وزملاؤه أن المذيب يلعب دورًا غير متوقع ولكنه حاسم في التفاعلات بين الجسيمات ويمكنه كسر تماثل انعكاس الشحنة. ووجد الفريق أيضًا أن درجة التفاعلات بين الجسيمات التي يكون المذيب مسؤولاً عنها تعتمد بقوة على الرقم الهيدروجيني للمحلول.

استخدم الباحثون الفحص المجهري ذو المجال الساطع لفحص مجموعة من الجزيئات الصلبة، بما في ذلك السيليكا غير العضوية، والجسيمات البوليمرية، والأسطح المغطاة بالبولي إلكتروليت والبولي ببتيد، داخل مذيبات مختلفة. ووجدوا أنه في المحلول المائي، تنجذب الجزيئات ذات الشحنة السالبة إلى بعضها البعض وتكون مجموعات، بينما تتنافر الجزيئات ذات الشحنة الموجبة. ومع ذلك، في المذيبات التي تحتوي على ثنائي القطب مقلوب عند السطح البيني - مثل الكحوليات - كان العكس صحيحًا: تجتذب الجسيمات المشحونة إيجابيًا بعضها البعض وتتنافر الجسيمات المشحونة سالبًا.

يقول كريشنان: "تشير النتائج إلى إعادة معايرة رئيسية للمبادئ الأساسية التي نعتقد أنها تحكم تفاعل الجزيئات والجسيمات، والتي نواجهها في مرحلة مبكرة من تعليمنا وتعليمنا". "تسلط الدراسة الضوء على التعديل المطلوب لشيء نعتبره "مبدأ الكتاب المدرسي"."

يُعزى سبب جذب الشحنات المتشابهة لبعضها البعض إلى أن المذيب له تأثير كبير على التفاعلات بين الجسيمات، والتي يمكنها تجميع الجسيمات المشحونة المتشابهة تلقائيًا في المحلول. وذلك لأن العمل المتضافر للشحنة الكهربائية في الواجهة وبنية المذيبات السطحية المحلية يولد "قوة المذيبات الكهربائية" بين المجموعات الوظيفية المشحونة سالبًا في المحلول، مما يتسبب في جذب الجزيئات لبعضها البعض وتكتلها.

ووجد الفريق أيضًا أن كلاً من علامة وحجم مساهمة الطاقة الحرة يمكن أن يكون لهما تأثير على ما إذا كانت الجسيمات تشكل أنظمة ذاتية التجميع (الطاقة الحرة السلبية ستقود العفوية والتجمع الذاتي). يُعتقد أن هذه التجاذبات المتشابهة الشحنة هي المسؤولة عن العمليات البيولوجية على نطاق النانومتر، مثل الطي الجزيئي الحيوي للجزيئات الكبيرة في الجسم.

وعندما سئل كريشنان عن تأثير الدراسة، قال إن "الحدود الرئيسية المفتوحة هي كيفية تأثير هذا التفاعل على علم الأحياء. علم الأحياء مليء بالشحنة. هذه القوى هي الأساس الذي تقوم عليه التفاعلات بين الجزيئات، وتؤثر على الطريقة التي تجتمع بها معًا، وتجميعها في مساحات صغيرة، وتؤدي في النهاية وظيفتها.

ويضيف كريشنان: "هذه هي الاتجاهات الأكثر إثارة، وآمل أن نتمكن من متابعة بعض الأسئلة المثيرة للاهتمام على الأقل في المجال العام".

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract/