Il metodo prevede la sovrapposizione di impulsi laser ultracorti in una miscela di gocce d'acqua in olio liquido e il rilevamento di fotoni che vengono dispersi solo dall'interfaccia. Credito:© EPFL/Julia Jacobi Cattedra di fotomedicina - Laboratorio di biofotonica fondamentale
I ricercatori dell'AMOLF e dell'EPFL svizzero hanno dimostrato che la superficie di minuscole gocce d'acqua circondate da una sostanza idrofoba come l'olio è sorprendentemente ordinata. A temperatura ambiente, le molecole d'acqua di superficie di queste goccioline hanno interazioni molto più forti rispetto a una normale superficie d'acqua. Questo può gettare nuova luce su una varietà di fattori atmosferici, processi biologici e persino geologici.
Gocce d'acqua di dimensioni nanometriche sono ovunque:nell'aria sotto forma di goccioline o aerosol, nei farmaci di produzione industriale, e all'interno di rocce e giacimenti di petrolio. Per capire il comportamento di queste gocce, è necessario sapere come interagiscono con il loro ambiente idrofobo. Questa interazione avviene all'interfaccia curva della goccia, una regione sub-nanometrica che circonda la piccola sacca d'acqua. Ricercatori dell'EPFL, in collaborazione con l'istituto AMOLF nei Paesi Bassi hanno scoperto che le molecole sulla superficie delle gocce erano molto più ordinate del previsto. I loro risultati sorprendenti sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura . Essi aprono la strada a una migliore comprensione dell'atmosfera, processi biologici e geologici.
Prospettiva unica su minuscole goccioline
All'EPFL, Sylvie Roke ha sviluppato un metodo unico per esaminare la superficie delle goccioline un millesimo dello spessore di un capello umano, con un volume di un attolitro (10 −18 litri). "Il metodo prevede la sovrapposizione di impulsi laser ultracorti in una miscela di goccioline d'acqua in olio liquido e il rilevamento di fotoni che vengono dispersi solo dall'interfaccia", spiega Roke. "Questi fotoni hanno la frequenza somma dei fotoni in arrivo e sono quindi di un colore diverso. Con questo colore appena generato, possiamo determinare la struttura dell'interfaccia."
Legame idrogeno forte come nel ghiaccio
La superficie delle gocce d'acqua risulta essere molto più ordinata di quella dell'acqua normale, ed è paragonabile all'acqua super-raffreddata in cui le molecole hanno interazioni di legame idrogeno molto forti. nel ghiaccio, queste interazioni portano a una configurazione tetraedrica stabile che circonda ogni molecola d'acqua. Sorprendentemente, questo tipo di struttura è stata trovata sulla superficie delle goccioline anche a temperatura ambiente - 50 °C sopra dove normalmente si presentava.
La superficie delle gocce d'acqua risulta essere molto più ordinata di quella dell'acqua normale ed è paragonabile a quella super raffreddata (liquido <0 °C acqua) acqua in cui le molecole d'acqua hanno interazioni di legame idrogeno molto forti. Crediti:EPFL-Julia Jacobi Cattedra di Fotomedicina - Laboratorio di Biofotonica fondamentale
Processi chimici
Questa ricerca fornisce preziose informazioni sulle proprietà delle gocce d'acqua nanometriche. "Le proprietà chimiche di queste gocce dipendono da come sono organizzate le molecole d'acqua sulla superficie, quindi è davvero importante capire cosa sta succedendo lì, " ha spiegato Roke. Ulteriori ricerche potrebbero mirare alle proprietà superficiali delle gocce d'acqua con l'aggiunta di sale, un modello più realistico di aerosol marini costituiti da acqua salata circondata da un ambiente idrofobo. Il sale può migliorare la rete idrica o ridurne la forza. "O, potrebbe non fare assolutamente nulla. Dati i risultati sorprendenti trovati qui, possiamo solo ipotizzare, "dice Roke.
