La circulación vascular de las plantas, los canales iónicos, nuestra propia red linfática y muchos sistemas de recolección de energía dependen del transporte de soluciones salinas disueltas a través de conductos tortuosos. Estas soluciones, o electrolitos, mantienen una carga positiva o negativa que es vital para el funcionamiento del sistema. Sin embargo, este equilibrio de carga depende de las propiedades del canal que contiene el fluido.

En un estudio publicado en The European Physical Journal E , Paolo Malgaretti, del Instituto Helmholtz Erlangen-Nürnberg para Energías Renovables/Forschungszentrum Jülich, Alemania, y sus colegas, ahora derivan ecuaciones que describen cómo cambia la carga eléctrica local en electrolitos en canales con secciones transversales variables, en equilibrio. El resultado podría ayudar a predecir las rutas de las partículas cargadas en sistemas biológicos y tecnológicos.

Cuando una solución electrolítica está contenida entre dos placas, la teoría dice que la carga eléctrica total en el líquido debe coincidir con la de las placas. Sin embargo, las observaciones de Malgaretti y su equipo muestran que cuando las placas se acercan a una separación de menos de 10 nanómetros entre sí, este equilibrio de carga se rompe. Además, aparecen nuevas dinámicas para los electrolitos que se mueven a través de poros o canales asimétricos de diferentes diámetros.

Para capturar la interacción entre la geometría y el equilibrio de carga del electrolito local, Malgaretti y su equipo realizaron cálculos de un electrolito incrustado entre paredes de canales corrugados. Descubrieron que la carga local se rompía cada vez que cambiaba la sección transversal del canal. Los investigadores dicen que la aparición de este exceso de carga se debe enteramente a la interacción entre la geometría del canal y las fuerzas electrostáticas y es comparable a la carga total que se acumula en las paredes.

El hallazgo se aplica tanto a geometrías planas como cilíndricas, y a paredes de canales aislantes y conductoras. Podría usarse para predecir correcciones en las rutas energéticas experimentadas por las partículas trazadoras cargadas, que son inducidas por el exceso de carga local.

Más información: Paolo Malgaretti et al, Desglose de la electroneutralidad local de electrolitos dentro de nanoporos de sección variable, The European Physical Journal E (2024). DOI:10.1140/epje/s10189-024-00408-9

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