科学家发现疏水悖论

现在你可以把这个关于油和水的真理延伸到水和它本身。水和水也不总是混合。

教科书上说,水很容易和其他水结合在一起,氢张开双臂抱住氧,与其他OH分子结合。这就是“湿润”的定义。但科学家们太平洋西北国家实验室他们观察到的第一个例子是:一层水——在铂晶片上生长的冰——使与它接触的后续冰层受到冷挤压。

“水-表面的相互作用在自然界中无处不在,并在催化和腐蚀等许多技术应用中发挥着重要作用,”能源部实验室的科学家格雷格·坎摩尔(Greg Kimmel)说,他是《科学》杂志(10月15日在线版)本期论文的主要作者物理评论快报.“人们假设水分子的一端会与金属结合,而另一端会是下一层水原子的这些漂亮的氢附着点。”

剑桥大学去年的一项理论认为,这些附着点,或“悬浮的羟基”并不存在,羟基不是悬浮的,而是被六边形贵金属表面的几何形状画出来的,并附着在上面。

Kimmel和他的合作者在位于pnhl的W.R.威利环境分子科学实验室工作,他们用一种叫做稀有气体物理吸附的技术来测试这个理论,这种技术利用氪来探测金属表面和这些表面的水层。欧洲杯线上买球他们发现第一层水,或单层水,像他们预期的那样,润湿了铂的表面,但“随后的层没有润湿第一层,”Kimmel说。“换句话说,第一层水是疏水的。”

这一结果与斯坦福大学早先的一项研究一致,该研究使用x射线吸附法显示,金属表面单水分子层的臂是双连接的,而不是固定在悬垂的位置,湿漉漉的,随时准备接受下一层水层。它们会转向金属表面,找到一个可以绑定的地方。对于接近这个弯曲过后的表面的水分子来说,这一层就像刚打蜡的汽车引擎盖一样吸引人。

第二层珠状突起,但这还不是全部:对于第一层疏水单分子层,额外的水的吸引力是如此微弱,以至于可以在第一层单分子层之上堆积50层或更多的冰晶层,直到所有所谓的非润湿部分被覆盖——类似于“在一场倾盆大雨中,上蜡的汽车上的水滴结合在一起”,太平洋国家实验室研究员布鲁斯·凯(Bruce Kay)说。凯与坎摩尔以及太平洋国家实验室的同事尼克·派特里克(Nick Petrik)和兹德内克Dohnálek合著。

Kimmel说,自我厌恶金属表面的水不仅仅是一种好奇,而且会让许多认为水膜均匀地覆盖表面的业内人士感到惊讶。人们已经在金属表面生长的薄水膜上做了数百次实验,以了解这些薄膜如何影响与之接触的分子,以及热、光和高能辐射在这种相互作用中扮演什么角色。

http://www.pnl.gov/

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