Las superficies cargadas sumergidas en una solución electrolítica 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 adhiere a la superficie. Puede ocurrir en una variedad de entornos químicos y biológicos.En ciertas situaciones, la teoría predice que una superficie altamente cargada no solo cambia de signo, sino que puede volverse más cargada que la superficie original. Esto se conoce como inversión de carga gigante, pero sigue siendo controvertido y nunca se ha observado experimentalmente.
Resultados reportados esta semana en el Revista de Física Química , de AIP Publishing, confirme, por primera vez, la inversión de carga gigante para una superficie en contacto con una solución electrolítica trivalente. A diferencia de las observaciones anteriores, esto no requería una superficie altamente cargada.
Los investigadores, Zhi-Yong Wang de la Universidad Tecnológica de Chongqing en China y Jianzhong Wu de la Universidad de California, Riverside, encontraron que la respuesta dieléctrica del solvente mejora la correlación de iones multivalentes con grupos de superficie con carga opuesta. Esto facilita la formaciónde acoplamientos interfaciales de cargas opuestas llamadas pares de Bjerrum, y conduce a la inversión de la carga gigante observada.
"Los estudios teóricos anteriores no proporcionaron una descripción confiable del comportamiento de la interfaz iónica 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 enuna interfaz cargada
El presente estudio explica los efectos combinados de cargas superficiales discretas, volumen excluido de iones, corrugaciones superficiales y variación espacial de la respuesta dieléctrica. Se permitió que este último variara desde la permitividad y la dinámica de carga del agua en los nanoporos, tales comoen los canales iónicos en las membranas celulares, puede ser dramáticamente diferente de 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 de modelo realista. Esto condujo a sus observaciones reportadas aquí. Una razón por la cual los estudios previos omitieron el fenómeno observado de inversión de carga gigante, dijo Wang,se debe a que se descuidó la naturaleza inherentemente heterogénea y no uniforme de la carga superficial. En el estudio actual, mostraron que la heterogeneidad de la carga superficial y la respuesta dieléctrica del solvente no son dos cuestiones separadas, sino que deben considerarse juntas.La comprensión del papel desempeñado por las cargas de imágenes es esencial para lograr una interpretación coherente de los resultados experimentales.
Estas observaciones indican que la suposición común de una densidad de carga superficial uniforme es cuestionable en presencia de iones multivalentes. Dicha suposición no proporciona una representación fiel de la estructura interfacial y parece faltar física importante que ocurre en espacios confinados, comolos comunes 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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Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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