"Las cargas opuestas se atraen; las cargas iguales se repelen" es un principio fundamental de la física básica. Pero un nuevo estudio de la Universidad de Oxford, publicado hoy en Nature Nanotechnology , ha demostrado que partículas con carga similar en solución pueden, de hecho, atraerse entre sí a largas distancias. Igual de sorprendente es que el equipo descubrió que el efecto es diferente para las partículas cargadas positiva y negativamente, dependiendo del disolvente.
Además de revertir creencias arraigadas desde hace mucho tiempo, estos resultados tienen implicaciones inmediatas para una variedad de procesos que involucran interacciones entre partículas e intermoleculares en varias escalas de longitud, incluido el autoensamblaje, la cristalización y la separación de fases.
El equipo de investigadores, con sede en el Departamento de Química de Oxford, descubrió que las partículas cargadas negativamente se atraen entre sí en grandes separaciones, mientras que las partículas cargadas positivamente se repelen, mientras que ocurre lo contrario con disolventes como los alcoholes. Estos hallazgos son sorprendentes porque parecen contradecir el principio electromagnético central de que la fuerza entre cargas del mismo signo es repulsiva en todas las separaciones.
Utilizando microscopía de campo brillante, el equipo rastreó micropartículas de sílice cargadas negativamente suspendidas en agua y descubrió que las partículas se atraían entre sí para formar grupos dispuestos hexagonalmente. Sin embargo, las partículas de sílice aminada cargadas positivamente no formaron grupos en el agua.
Utilizando una teoría de interacciones entre partículas que considera la estructura del disolvente en la interfaz, el equipo estableció que para las partículas cargadas negativamente en el agua existe una fuerza de atracción que supera la repulsión electrostática en grandes separaciones, lo que lleva a la formación de grupos. Para las partículas cargadas positivamente en el agua, esta interacción impulsada por el disolvente es siempre repulsiva y no se forman grupos.
Se descubrió que este efecto dependía del pH; El equipo pudo controlar la formación (o no) de grupos de partículas cargadas negativamente variando el pH. No importa el pH, las partículas cargadas positivamente no formaron grupos.
Naturalmente, el equipo se preguntó si el efecto sobre las partículas cargadas podría cambiarse, de modo que las partículas cargadas positivamente formaran grupos y las negativas no. Al cambiar el disolvente a alcoholes, como el etanol, que tiene un comportamiento de interfaz diferente al del agua, esto fue exactamente lo que observaron:las partículas de sílice aminada cargadas positivamente formaron grupos hexagonales, mientras que la sílice cargada negativamente no.
Según los investigadores, este estudio implica una recalibración fundamental en la comprensión que influirá en la forma en que pensamos sobre procesos tan diferentes como la estabilidad de los productos farmacéuticos y de química fina o el mal funcionamiento patológico asociado con la agregación molecular en las enfermedades humanas. Los nuevos hallazgos también proporcionan evidencia de la capacidad de investigar propiedades del potencial eléctrico interfacial debido al solvente, como su signo y magnitud, que antes se pensaban inconmensurables.
El profesor Madhavi Krishnan (Departamento de Química de la Universidad de Oxford), que dirigió el estudio, dice:"Estoy realmente muy orgulloso de mis dos estudiantes de posgrado, así como de los estudiantes universitarios, que han trabajado juntos para impulsar este descubrimiento fundamental". ."
Sida Wang (Departamento de Química de la Universidad de Oxford), primera autora del estudio, dice:"Aún me resulta fascinante ver cómo se atraen estas partículas, incluso después de haberlo visto miles de veces".
Más información: Una fuerza de largo alcance dependiente de la carga impulsa el ensamblaje personalizado de materia en solución, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-024-01621-5
Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza
Proporcionado por la Universidad de Oxford
