La circolazione vascolare delle piante, i canali ionici, la nostra rete linfatica e molti sistemi di raccolta di energia si basano sul trasporto di soluzioni saline disciolte attraverso condotti tortuosi. Queste soluzioni, o elettroliti, mantengono una carica positiva o negativa che è vitale per il funzionamento del sistema. Tuttavia, questo equilibrio di carica dipende dalle proprietà del canale che contiene il fluido.
In uno studio pubblicato su The European Physical Journal E , Paolo Malgaretti, dell'Istituto Helmholtz Erlangen-Nürnberg per le energie rinnovabili/Forschungszentrum Jülich, Germania, e i suoi colleghi, ora derivano equazioni che descrivono come la carica elettrica locale negli elettroliti cambia nei canali con sezioni trasversali variabili, all'equilibrio. Il risultato potrebbe aiutare a prevedere i percorsi delle particelle cariche nei sistemi biologici e tecnologici.
Quando una soluzione elettrolitica è contenuta tra due piastre, la teoria dice che la carica elettrica totale nel liquido dovrebbe corrispondere a quella sulle piastre. Tuttavia, le osservazioni di Malgaretti e del suo team mostrano che quando le piastre si avvicinano a una distanza inferiore a 10 nanometri l'una dall'altra, questo equilibrio di carica si rompe. Inoltre, appaiono nuove dinamiche per gli elettroliti che si muovono attraverso pori asimmetrici o canali di vario diametro.
Per catturare l'interazione tra la geometria e il bilancio locale della carica dell'elettrolita, Malgaretti e il suo team hanno eseguito calcoli di un elettrolita incorporato tra le pareti del canale ondulato. Hanno scoperto che la carica locale veniva interrotta ogni volta che cambiava la sezione trasversale del canale. I ricercatori affermano che l'insorgenza di questo eccesso di carica deriva interamente dall'interazione tra la geometria del canale e le forze elettrostatiche ed è paragonabile alla carica totale che si accumula sulle pareti.
La scoperta si applica sia alle geometrie planari che cilindriche e alle pareti dei canali isolanti e conduttrici. Potrebbe essere utilizzato per prevedere le correzioni ai percorsi energetici sperimentati dalle particelle traccianti cariche, indotte dall'eccesso di carica locale.
Ulteriori informazioni: Paolo Malgaretti et al, Ripartizione locale dell'elettroneutralità per elettroliti all'interno di nanopori a sezione variabile, The European Physical Journal E (2024). DOI:10.1140/epje/s10189-024-00408-9
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