Satu kajian eksperimen baru menangani misteri ‘nanobubbles’ yang tidak dapat diselesaikan

Skema gelembung nano Xe yang diperolehi oleh Simulasi Dinamik Molekul. Kejadian pembentukan sepadan dengan kepekatan Xe yang tinggi (sekitar 30 molekul air setiap atom). Kredit: Jaramillo-Granada, Reyes-Figueroa & Ruiz-Suarez.

Buih nano ialah rongga gas yang sangat kecil (iaitu nanoskopik) yang beberapa ahli fizik diperhatikan dalam larutan akueus, biasanya selepas bahan tertentu dilarutkan di dalamnya. Walaupun beberapa kajian melaporkan pemerhatian gelembung yang sangat kecil ini, sesetengah saintis berpendapat bahawa ia hanyalah sisa pepejal atau berminyak yang terbentuk semasa eksperimen.

Penyelidik di Centro de Investigación y de Estudios Avanzados Unidad Monterrey dan Centro de Investigación en Matemáticas Unidad Monterrey di Mexico baru-baru ini telah menjalankan satu eksperimen yang bertujuan untuk menyiasat lebih lanjut sifat objek yang sukar difahami dan misteri ini, khususnya apabila xenon dan kripton dilarutkan dalam air. Kajian mereka, dipaparkan dalam Surat Semakan Fizikalmengenal pasti pembentukan apa yang dirujuk oleh pasukan sebagai “nanoblobs,” namun tidak menemui bukti nanobubbles.

“Matlamat kami adalah untuk mencipta gelembung nano xenon dan krypton menggunakan kaedah yang bersih, ” kata Carlos Ruiz Suarez, salah seorang penyelidik yang menjalankan kajian itu, kepada Phys.org. “Saya mesti mengatakan bahawa terdapat ramai saintis mendakwa bahawa gelembung nano, walaupun digunakan dalam banyak aplikasi, tidak wujud. Sebaliknya, ia dianggap sebagai bahan cemar minyak/pepejal yang terbentuk semasa eksperimen.”

Untuk menyelesaikan “misteri” gelembung nano, Ruiz Suarez dan rakan-rakannya mencipta kaedah “bersih” yang sepatutnya secara teorinya membenarkan mereka menghasilkan gelembung nano “sebenar”. Kaedah ini memerlukan pelarutan dua gas mulia xenon dan kripton dalam air, dengan menggunakan tekanan tinggi kepada mereka, dan kemudian menekan dan memeriksa cecair yang terhasil.

Pasukan menilai keputusan prosedur ini dalam kedua-duanya simulasi dinamik molekul (MDS) dan eksperimen makmal. Walaupun mereka benar-benar memerhatikan zarah seperti gelembung nano, apabila mereka menganalisis zarah ini, mereka terkejut mendapati bahawa ini kemungkinan besar adalah struktur amorfus air-gas, bukannya gelembung gas.

“Untuk menyatukan atom mulia untuk nukleus menjadi buih, kami perlu meningkatkan kepekatannya dalam medium air, ” jelas Ruiz Suarez. “Dengan melaksanakan MDS, kami mendapati bahawa perkadaran yang betul antara molekul air dan atom mulia adalah sekitar 30 molekul air/atom. Oleh itu, kami perlu membina sel tekanan tinggi untuk memaksa atom larut dalam air dengan menolak gas ke dalam.”

Satu kajian eksperimen baru menangani misteri'nanobubbles' yang tidak dapat diselesaikan

Eksperimen sentrifugasi dan masa koloid tiba ke permukaan air sebagai fungsi perbezaan ketumpatan. Apabila ini sifar, masa berbeza. Kredit: Jaramillo-Granada, Reyes-Figueroa & Ruiz-Suarez, PRL (2022).

Xenon dan kripton adalah dua gas hidrofobik. Ini bermakna mereka hanya boleh memasuki air dan larutan akueus di bawah jumlah tekanan yang tinggi (lebih 360 bar atau atmosfera). Sebaik sahaja mereka memasuki air, bagaimanapun, mereka boleh terikat antara satu sama lain melalui daya hidrofobik dan van der Waals.

“Pada masa ini tiada cara untuk melihat di dalam sel, tetapi kami menyangka bahawa gelembung itu wujud kerana kami percaya MDS kami,” kata Ruiz Suarez. “Langkah seterusnya untuk kerja kami adalah untuk mengurangkan tekanan sampel dan melihat gelembung. Walau bagaimanapun, kami sangat terkejut, tidak ada gelembung, tetapi sesuatu yang lain: struktur nano yang dibentuk oleh gas dan air, yang kami panggil nanoblobs. Ini adalah struktur sui generis yang menimbulkan klatrat hidrat.”

Kewujudan gelembung nano kekal sebagai topik yang diperdebatkan dalam fizik zarah dan kerja baru-baru ini oleh penyelidik ini boleh membantu untuk menyelesaikan misteri ini. Sama seperti xenon dan kripton, banyak gas lain yang digunakan untuk membentuk gelembung nano juga boleh membentuk hidrat klatrat (iaitu, struktur air dengan molekul di dalamnya). Secara keseluruhannya, penemuan pasukan itu mencadangkan bahawa banyak kajian terdahulu yang dikenal pasti sebagai “bubbles nano” sebaliknya boleh menjadi struktur nano amorf ini yang dibentuk oleh hidrat klatrat.

“Adalah penting untuk menyatakan bahawa apabila teori fizikal sedia ada tidak dapat menjelaskan penemuan eksperimen, ahli fizik suka menamakannya sebagai malapetaka, ” kata Ruiz Suarez. “Oleh kerana gelembung nano mempunyai tekanan tinggi di dalamnya (semakin kecil ia lebih tinggi tekanan), teori mengatakan bahawa hayatnya sangat singkat (daripada urutan mikrosaat). Walau bagaimanapun, pemerhatian mendedahkan bahawa ia wujud lebih lama, jadi ini telah dipanggil Malapetaka Gelembung Tekanan Laplace.”

Jika penemuan yang dikumpul oleh pasukan penyelidik ini adalah sah dan boleh dipercayai, mereka boleh menyumbang kepada pemahaman semasa tentang gelembung nano. Pada asasnya, penemuan mereka mencadangkan Bencana Gelembung Tekanan Laplace tidak wujud, kerana “gelembung nano” yang diperhatikan sebelum ini adalah “blok nano,” atau struktur alternatif yang terhasil daripada hidrat klatrat dalam gas yang digunakan secara eksperimen.

“Kami kini sedang membina alat eksperimen yang membolehkan kami melihat di dalam sel dan memerhati gelembung nano pada tekanan tinggi, ” kata Ruiz Suarez. “Kami ingin melihat evolusi mereka apabila kami mengurangkan tekanan dan saat apabila ia menjadi hidrat klatrat. Sementara itu, kami juga sedang mengkaji gas penting lain seperti oksigen dan karbon dioksida.”


Misteri gelembung nano diselesaikan


Maklumat lanjut:
Angela M. Jaramillo-Granada et al, Xenon dan Krypton Terlarut dalam Nanoblobs Bentuk Air: Tiada Bukti untuk Nanobubbles, Surat Semakan Fizikal (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.094501

© 2022 Rangkaian Sains X

Petikan: Kajian eksperimen baharu menangani misteri ‘buih nano’ (2022, 13 September) yang tidak dapat diselesaikan yang diperolehi pada 14 September 2022 daripada

Dokumen ini tertakluk kepada hak cipta. Selain daripada sebarang urusan adil untuk tujuan kajian atau penyelidikan persendirian, tiada bahagian boleh diterbitkan semula tanpa kebenaran bertulis. Kandungan disediakan untuk tujuan maklumat sahaja.

We want to say thanks to the writer of this post for this outstanding content

Satu kajian eksperimen baru menangani misteri ‘nanobubbles’ yang tidak dapat diselesaikan


Explore our social media accounts and also other related pageshttps://paw6.info/related-pages/