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    Inversión de carga gigante observada por primera vez

    Instantáneas de la distribución de iones cerca de una superficie plana cargada negativamente en diferentes contrastes dieléctricos. Crédito:Jianzhong Wu, Universidad de California, Orilla

    Las superficies cargadas sumergidas en una solución de electrolito a veces pueden cargarse de manera opuesta. Este fenómeno no intuitivo, conocido como inversión de carga, ocurre cuando el exceso de iones contrarios se adsorbe, o adherirse, a la superficie. Puede ocurrir en varios entornos químicos y biológicos. En determinadas situaciones, La teoría predice que una superficie altamente cargada no solo cambia de signo, pero puede cargarse más que la superficie original. Esto se conoce como inversión de carga gigante, pero sigue siendo controvertido y nunca se ha observado experimentalmente.

    Los resultados informados esta semana en el Revista de física química confirmar, por primera vez, inversión de carga gigante para una superficie en contacto con una solución de electrolito trivalente. A diferencia de las observaciones anteriores, esto no requirió una superficie muy cargada.

    Los investigadores, Zhi-Yong Wang de la Universidad de Tecnología de Chongqing en China, y Jianzhong Wu de la Universidad de California, Orilla, encontraron que la respuesta dieléctrica del solvente mejora la correlación de iones multivalentes con grupos superficiales cargados de manera opuesta. Esto facilita la formación de acoplamientos interfaciales de cargas opuestas llamadas pares de Bjerrum, y conduce a la inversión de carga gigante observada.

    "Los estudios teóricos anteriores no proporcionaron una descripción confiable del comportamiento interfacial de los iones en sistemas de este tipo, "Dijo Wang. Por ejemplo, No ha habido consenso en la literatura sobre qué tipo de interacción domina el exceso de adsorción de contraiones multivalentes en una interfaz cargada.

    El presente estudio explica los efectos combinados de cargas superficiales discretas, volumen excluido de iones, ondulaciones superficiales y variación espacial de la respuesta dieléctrica. Se permitió que este último variara ya que la permitividad y la dinámica de carga del agua en los nanoporos, como los de los canales iónicos de las membranas celulares, puede ser dramáticamente diferente a la del agua a granel.

    Por todas estas razones, los investigadores observaron más de cerca la respuesta dieléctrica de los electrolitos confinados en un sistema modelo realista. Esto llevó a sus observaciones informadas aquí. Una de las razones por las que los estudios anteriores pasaron por alto el fenómeno de inversión de carga gigante observado, Wang dijo:es porque lo intrínsecamente heterogéneo, Se despreció la naturaleza no uniforme de la carga superficial. En el estudio actual, demostraron que la heterogeneidad de la carga superficial y la respuesta dieléctrica del solvente no son dos cuestiones separadas, pero deben considerarse juntos. En particular, Una comprensión clara del papel que juegan las cargas de imagen es esencial para lograr una interpretación consistente de los hallazgos experimentales.

    Estas observaciones indican que la suposición común de una densidad de carga superficial uniforme es cuestionable en presencia de iones multivalentes. Tal suposición no proporciona una representación fiel de la estructura interfacial y parece pasar por alto la física importante que ocurre en espacios confinados. como los habituales en los sistemas biológicos.

    Los autores planean extender su estudio para buscar otras soluciones de electrolitos mixtos en contacto con superficies curvas o irregulares. Además, se necesita más trabajo para tener en cuenta las inhomogeneidades dieléctricas locales cerca de superficies cargadas, que van más allá de los modelos tradicionales.


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