دانشمندان کشف می کنند که ذرات دارای بار مشابه گاهی اوقات می توانند جذب شوند - دنیای فیزیک

<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=""نیروی حلالیت الکتریکی" ریز ذرات سیلیکا با بار منفی معلق در آب یکدیگر را جذب می کنند تا خوشه های شش ضلعی را تشکیل دهند. (با احترام: ژانگ کانگ)”>

از سنین جوانی، در مدرسه به ما یاد می‌دهند که بارهای مشابه – چه مثبت و چه منفی – یکدیگر را دفع می‌کنند، در حالی که بارهای مخالف جذب می‌شوند. به نظر می رسد که تحت شرایط خاص، مانند اتهامات می توانند در واقع یکدیگر را به جای آن جذب کنند. در کاری که اخیراً در نانوتکنولوژی طبیعتمحققان دانشگاه آکسفورد جاذبه ذرات باردار مشابه را در محلول ها نشان داده اند.

سفر برای دانشمند اصلی آغاز شد مدهاوی کریشنان در اواسط دهه 2000، زمانی که او با "مشکل جذب شارژ مشابههنگام مطالعه چگونگی فشرده شدن مولکول های DNA در جعبه های شکاف مانند. انتظار می رفت که DNA به شکل هندسه ای شبیه به پنکیک صاف شود، اما در عوض در کنار لبه جعبه قرار گرفت. بدون اعمال هیچ نیروی خارجی، تنها توضیح این بود که DNA به جعبه جذب شد، علیرغم اینکه هر دو بار منفی داشتند. بنابراین، علاقه به اینکه چگونه جذابیت و دافعه ممکن است آنطور که به نظر می رسد نباشد، متولد شد.

مشکل مشابه شارژ دانش جدیدی نیست. دانشمندان مختلف در طول سال‌ها تلاش کرده‌اند توضیح دهند که چگونه بارهای مشابه می‌توانند جذب شوند، با برخی از اولین آثار ایروینگ لانگمنر به دهه 1930 بازگشت.

یکی از مناطقی که جذب بار مشابه در آن بیشتر دیده می شود، درون سیالات و برهمکنش ماده جامد با سیالات است. کریشنان می گوید: «من در اوایل مسیرم به عنوان یک دانشمند با این مشکل مواجه شدم دنیای فیزیک. با توجه به اینکه مشاهدات مستلزم چنین انحراف اساسی از درک فعلی از یک پدیده اساسی و مرکزی در فاز سیال بود، دور شدن از مشکل هرگز یک گزینه نخواهد بود.

جذب بارهای مشابه در سیالات بارها با استفاده از یون های چند ظرفیتی دیده شده است، اما اینها گونه های یونی شناخته شده ای هستند که از نظریه DLVO (درژاگوین-لاندو-وروی-اوربک) مستثنی هستند - این انتظار که مولکول های دارای بار مشابه در بردهای طولانی دفع شوند. هنگامی که نیروهای واندروالسی برای تأثیرگذاری بر برهمکنش بین مولکول ها بسیار ضعیف هستند.

با این حال، تعدادی از مولکول‌هایی که انتظار می‌رود از قواعد تئوری DLVO پیروی کنند - مانند اسیدهای نوکلئیک، لیپوزوم‌ها، پلیمرها و ذرات کلوئیدی در محیط‌های آبی - نشان داده شده است که در صورت وجود بارهای مشابه، دارای سطحی از جاذبه هستند.

چرا برخی مانند اتهامات جذب می شوند؟

تئوری‌های کنونی جذب بار در حلال‌ها، سیال را به‌عنوان یک پیوستار در نظر می‌گیرند، اما برخی از جزئیات ظریف حلال و نحوه تعامل آن با رابط‌های جامد را نادیده می‌گیرند. با این حال، تئوری های جدید نشان می دهد که رفتار حلال در یک رابط تأثیر قابل توجهی بر کل انرژی آزاد برهمکنش دو جسم حامل بار در هنگام نزدیک شدن به یکدیگر دارد.

آخرین مطالعه از کریشنان و همکارانش نشان داد که حلال نقش غیرقابل پیش‌بینی اما حیاتی را در برهمکنش‌های بین ذرات ایفا می‌کند و می‌تواند تقارن برگشت بار را بشکند. این تیم همچنین دریافتند که میزان برهمکنش های بین ذره ای که حلال مسئول آن است به شدت به pH محلول بستگی دارد.

محققان از میکروسکوپ میدان روشن برای بررسی طیفی از ذرات جامد از جمله سیلیس معدنی، ذرات پلیمری و سطوح پوشش داده شده با پلی الکترولیت و پلی پپتید در حلال های مختلف استفاده کردند. آنها دریافتند که در یک محلول آبی، ذرات با بار منفی یکدیگر را جذب می کنند و خوشه ها را تشکیل می دهند، در حالی که ذرات با بار مثبت دفع می شوند. با این حال، در حلال هایی که دارای دوقطبی معکوس در سطح مشترک هستند - مانند الکل ها - برعکس این موضوع صادق است: ذرات با بار مثبت یکدیگر را جذب می کنند و ذرات با بار منفی دفع می شوند.

کریشنان می‌گوید: «یافته‌ها نشان‌دهنده کالیبراسیون مجدد اصلی اصول اساسی است که معتقدیم بر تعامل مولکول‌ها و ذرات حاکم است و در مراحل اولیه تحصیل و آموزش با آن‌ها مواجه می‌شویم». "این مطالعه تعدیل مورد نیاز برای چیزی را که ما به عنوان یک "اصل کتاب درسی" در نظر می گیریم آشکار می کند."

دلیل جذب بارهای مشابه یکدیگر را به حلال نسبت می دهند که تأثیر زیادی بر فعل و انفعالات بین ذره ای دارد، که می تواند به طور خود به خود ذرات باردار مشابه را در محلول جمع کند. این به این دلیل است که عمل هماهنگ بار الکتریکی در سطح مشترک و ساختار حلال‌پذیری سطحی محلی، یک "نیروی حلال‌پذیری الکتریکی" بین گروه‌های عاملی با بار منفی در محلول ایجاد می‌کند و باعث می‌شود ذرات یکدیگر را جذب کرده و خوشه شوند.

این تیم همچنین دریافتند که هم علامت و هم بزرگی سهم انرژی آزاد می‌تواند روی اینکه آیا ذرات سیستم‌های خودآرایی تشکیل می‌دهند یا خیر (انرژی آزاد منفی منجر به خودآرایی و خودآرایی) می‌شود. تصور می‌شود که این جاذبه‌های بار مشابه، مسئول فرآیندهای بیولوژیکی در مقیاس نانومتر، مانند تاخوردگی بیومولکولی ماکرومولکول‌ها در بدن هستند.

وقتی از کریشنان در مورد تأثیر این مطالعه سؤال شد، می‌گوید: «مرز باز اصلی این است که چگونه این تعامل بر زیست‌شناسی تأثیر می‌گذارد. زیست شناسی مملو از بار است. این نیروها بستری هستند که برهمکنش‌های بین مولکول‌ها روی آن انجام می‌شود و بر نحوه جمع شدن آنها، بسته‌بندی در فضاهای کوچک و در نهایت عملکرد خود تأثیر می‌گذارد.»

کریشنان می‌افزاید: «اینها هیجان‌انگیزترین مسیرها هستند، و امیدوارم بتوانیم حداقل سؤالات جالبی را در حوزه عمومی دنبال کنیم».

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract/