Bilim insanları benzer yüklü parçacıkların bazen çekim yapabildiğini keşfetti – Fizik Dünyası

<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="“Elektrosolvasyon kuvveti” Suda asılı duran negatif yüklü silika mikropartikülleri birbirini çekerek altıgen kümeler oluşturur. (Nezaket: Zhang Kang)”>

Küçük yaşlardan itibaren, okulda bize benzer yüklerin (hem olumlu hem de olumsuz) birbirini iteceği, zıt yüklerin ise çekeceği öğretilir. Belirli koşullar altında, benzer yüklerin aslında birbirini çekebildiği ortaya çıktı. Yakın zamanda yayınlanan çalışmada Doğa NanoteknolojisiOxford Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, çözeltilerdeki benzer yüklü parçacıkların çekiciliğini gösterdi.

Baş bilim insanı için yolculuk başladı Madhavi Krishnan 2000'li yılların ortalarında, "benzer yük çekim sorunuDNA moleküllerinin yarık benzeri kutulara nasıl sıkıştığını incelerken. DNA'nın gözleme benzeri bir geometriye dönüşmesi bekleniyordu, ancak bunun yerine kutunun kenarı boyunca hizalandı. Herhangi bir dış kuvvet uygulanmadan yapılan tek açıklama, her ikisi de negatif yüklü olmasına rağmen DNA'nın kutuya çekilmesiydi. Böylece çekim ve iticiliğin nasıl göründüğü gibi olmayabileceğine dair bir ilgi doğmuştur.

Benzer şarj sorunu yeni bir bilgi değil. Yıllar boyunca farklı bilim adamları, benzer yüklerin nasıl çekilebileceğini açıklamaya çalıştılar; en eski çalışmalardan bazıları, Irving Langmuir 1930'larda.

Benzer yük çekiminin en çok görüldüğü alanlardan biri akışkanların içi ve katı maddenin akışkanlarla etkileşimidir. Krishnan, "Bu sorunla bir bilim adamı olarak kariyerimin başlarında karşılaştım" diyor Fizik dünyası. "Gözlemlerin, akışkan fazdaki temel ve merkezi bir olgunun mevcut anlayışından bu kadar temel bir sapmayı gerektirdiği göz önüne alındığında, sorundan uzaklaşmak asla bir seçenek olmayacak."

Sıvılardaki benzer yüklerin çekiciliği, çok değerlikli iyonlar kullanılarak birçok kez görülmüştür, ancak bunlar, benzer yüklü moleküllerin uzun mesafelerde iteceği beklentisi olan DLVO (Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek) teorisinden muaf olan bilinen iyonik türlerdir. Van der Waals kuvvetleri moleküller arasındaki etkileşimleri etkileyemeyecek kadar zayıf olduğunda.

Bununla birlikte, sulu ortamdaki nükleik asitler, lipozomlar, polimerler ve kolloidal parçacıklar gibi DLVO teorisinin kurallarına uyması beklenen bir dizi molekülün, benzer yükler mevcut olduğunda bir miktar çekime sahip olduğu gösterilmiştir.

Neden bazı benzer suçlamalar çekici geliyor?

Çözücüler içindeki yük çekimine ilişkin mevcut teoriler, sıvıyı bir süreklilik olarak kabul eder ancak çözücünün bazı ince ayrıntılarını ve katı arayüzeylerle nasıl etkileşime girdiğini gözden kaçırır. Bununla birlikte, yeni teoriler, bir arayüzdeki çözücünün davranışının, iki yük taşıyan nesnenin birbirlerine yaklaştıklarında toplam etkileşim serbest enerjisi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu ileri sürmektedir.

Krishnan ve meslektaşlarının son çalışması, çözücünün parçacıklar arası etkileşimlerde öngörülemeyen ancak çok önemli bir rol oynadığını ve yük ters simetrisini kırabildiğini gösterdi. Ekip ayrıca, çözücünün sorumlu olduğu parçacıklar arası etkileşimlerin derecesinin, çözeltinin pH'ına güçlü bir şekilde bağlı olduğunu da buldu.

Araştırmacılar, çeşitli çözücüler içindeki inorganik silika, polimerik parçacıklar ve polielektrolit ve polipeptit kaplı yüzeyler dahil olmak üzere bir dizi katı parçacığı incelemek için parlak alan mikroskobu kullandılar. Sulu bir çözeltide negatif yüklü parçacıkların birbirini çektiğini ve kümeler oluşturduğunu, pozitif yüklü parçacıkların ise ittiğini buldular. Bununla birlikte, alkoller gibi bir arayüzde ters dipole sahip çözücülerde bunun tersi doğruydu: pozitif yüklü parçacıklar birbirini çekiyordu ve negatif yüklü parçacıklar itiyordu.

Krishnan, "Bulgular, moleküller ve parçacıkların etkileşimini yönettiğine inandığımız ve okul ve eğitimimizin erken bir aşamasında karşılaştığımız temel ilkelerin büyük ölçüde yeniden kalibre edilmesini öneriyor" diyor. "Çalışma, 'ders kitabı ilkesi' olarak gördüğümüz bir şeyin gerekli olan düzenlemesini gün ışığına çıkarıyor."

Benzer yüklerin birbirini çekmesinin nedeni, çözücünün parçacıklar arası etkileşimler üzerinde büyük bir etkiye sahip olması ve benzer yüklü parçacıkları çözeltide kendiliğinden bir araya getirebilmesine atfedilir. Bunun nedeni, arayüzdeki elektrik yükünün uyumlu hareketinin ve yerel arayüzey çözme yapısının, çözeltideki negatif yüklü fonksiyonel gruplar arasında bir "elektrosolvasyon kuvveti" oluşturması ve parçacıkların birbirini çekmesine ve kümelenmesine neden olmasıdır.

Ekip ayrıca, serbest enerji katkısının hem işaretinin hem de büyüklüğünün, parçacıkların kendi kendine birleşen sistemler oluşturup oluşturmadığı üzerinde etkili olabileceğini buldu (negatif bir serbest enerji, kendiliğindenliği ve kendi kendine bir araya gelmeyi teşvik edecektir). Bu benzer yük çekimlerinin, vücuttaki makromoleküllerin biyomoleküler katlanması gibi nanometre ölçeğindeki biyolojik süreçlerden sorumlu olduğu düşünülmektedir.

Araştırmanın etkisi sorulduğunda Krishnan şöyle diyor: "Asıl açık sınır, bu etkileşimin biyolojiyi nasıl etkilediğidir. Biyoloji şarjla yüklenir. Bu kuvvetler, moleküller arasındaki etkileşimlerin bir araya gelme, küçük alanlara paketlenme ve sonuçta işlevlerini yerine getirme şekillerini etkileyen temel kayalardır."

Krishnan, "Bunlar en heyecan verici yönler ve genel alanda en azından bazı ilginç soruların peşine düşebileceğimizi umuyorum" diye ekliyor.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/scientists-discover-that-like-charged-particles-can-sometimes-attract/