Para comprender los diversos procesos ambientales y aprender a abordar mejor los efectos de la contaminación, los científicos han estado interesados ​​en rastrear el movimiento de elementos a través del medio ambiente, particularmente en las interfaces entre el agua y los minerales.

En un nuevo estudio del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), en colaboración con la Universidad de Illinois y Chicago y la Universidad de Delaware, Los químicos han podido observar la interfaz entre el agua y la mica moscovita, un mineral plano que se encuentra comúnmente en el granito, suelos y muchos sedimentos. En particular, Los investigadores observaron la captura y liberación de rubidio, un metal estrechamente relacionado con elementos comunes como el potasio y el sodio, pero que se puede identificar más fácilmente.

En el experimento, los investigadores hicieron fluir una solución que contenía rubidio sobre la mica, lo que hizo que los átomos de rubidio reemplazaran al potasio que se produce naturalmente cerca de la superficie de la mica. Luego, la solución de rubidio se reemplazó por una que contenía sodio, que a su vez reemplazó a los átomos de rubidio.

Según el químico de Argonne Sang Soo Lee, quien dirigió el estudio, la dinámica del transporte de iones estaba controlada en gran medida por las propiedades electrostáticas en la interfaz entre la mica y el agua. Esencialmente, los átomos de rubidio "se adhieren" a la superficie de la mica de manera similar a como la pelusa se adhiere a la ropa. La fuerza del comportamiento de adherencia se determinó principalmente por la cantidad de moléculas de agua que había entre la superficie de la mica y el rubidio:cuantas menos moléculas de agua, cuanto más fuerte es el agarre.

Lee y su colega Argonne, químico Paul Fenter, utilizó la fuente de fotones avanzada de Argonne, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE, para observar la actividad del rubidio utilizando una técnica llamada reflectividad de rayos X anómala resonante. Esta técnica permite a los científicos probar la posición de un solo elemento en una interfaz.

"Esencialmente, es como buscar un jilguero en un árbol, y usando una técnica que solo te muestra dónde están las cosas amarillas, "Dijo Fenter.

Usando la técnica, los investigadores pudieron condensar el período de tiempo necesario para medir la señal de los datos. "Normalmente, estos datos tardan horas en medirse, pero ahora podemos tener una resolución de tiempo de uno o dos segundos, "Dijo Fenter.

Tener una imagen de la dinámica en tiempo real de este tipo de interfaces les da a los científicos una nueva visión de cómo los iones detectan las superficies energéticamente. "Si piensas en nuestros experimentos como ver aviones en un aeropuerto, luego, anteriormente, solo podíamos saber cuántos Boeings o Cessnas había, "Dijo Lee." Ahora, tenemos una forma de ver cómo los aviones despegan y aterrizan ".

Un artículo basado en la investigación, "Observaciones en tiempo real de la cinética y la dinámica del intercambio catiónico en la interfaz moscovita-agua, "fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 9 de junio.