En återgivning på atomnivå av natriumklorid (vänster), den primära ingrediensen i bordssalt, och litiumklorid (höger). Ny forskning från Nebraskas Xiao Cheng Zeng och andra har föreslagit att, när den är begränsad till ett nanoskopiskt utrymme, natrium (mörkblå) och klor (ljusblå) atomer kan återupplösas efter att ha lösts upp. Litium (rosa) och kloratomer kan göra samma sak, enligt lagets simuleringar. Kredit:Scott Schrage | Universitetskommunikation
Alla kockar som är värda sitt salt vet att en skvätt av grejerna – som till största delen består av föreningen natriumklorid – kommer att lösas upp när den tappas i en kastrull med vatten med jämnt rumstempererat vatten.
Men som en kemist som har ägnat decennier åt att forska hur ämnen beter sig när de är begränsade till oändliga utrymmen, Nebraskas Xiao Cheng Zeng vet också att det som händer på makroskalan inte nödvändigtvis håller på nanoskala.
Zeng och hans kollegor körde nyligen datorsimuleringar för att fastställa hur natriumklorid och dess salta kusin, litiumklorid, kan reagera när den är nedsänkt i en nanoskopisk ström av vatten kantad av två släta, vattenavvisande väggar.
Dessa simuleringar förutspådde något väldigt kontraintuitivt. Efter att först ha lösts upp i vattnet, den laddade, slumpmässigt dispergerade atomer av både natrium- och litiumklorid skulle spontant återförenas till 2D-lager, enligt simuleringarna. När det gäller natriumklorid, det lagret skulle vara identiskt med dess fasta, förupplöst tillstånd:ett kristallint mönster av kvadrater, med varje natriumatom omgiven av fyra kloratomer, eller tvärtom. För litiumklorid, skiktet skulle bestå av hexagonala ringar - tre litiumatomer, tre klor- eller sicksackande kedjor av atomerna, eller båda.
Baserat på lagets beräkningar, det oväntade beteendet uppstår delvis eftersom nanoskala inneslutning minskar interaktionsstyrkan mellan en laddad atom - natrium, litium eller klor – och de vattenmolekyler som vanligtvis bildar ett skal runt det. Det hydratiseringsskalet håller normalt motsatt laddade partiklar, som natrium och klor, från återmontering efter upplösning – men inte när den är begränsad till ett nanoskopiskt utrymme, fann forskarna.
Zeng och hans andra beräkningskemister hoppas att deras förutsägelser kommer att uppmuntra andra forskare att utföra experiment som validerar eller utmanar deras simuleringar.
Dessa förutsägelser kan så småningom informera utformningen av nanofluidiska enheter som transporterar laddade atomer för att återskapa neuronaktivitet, sa Zeng.
