Nanobellen zijn extreem kleine (d.w.z. nanoscopische) gasvormige holtes die sommige natuurkundigen in waterige oplossingen hebben waargenomen, meestal nadat specifieke stoffen erin waren opgelost. Terwijl sommige onderzoeken de waarneming van deze ongelooflijk kleine bubbels rapporteerden, hebben sommige wetenschappers betoogd dat het slechts vaste of olieachtige resten zijn die tijdens experimenten zijn gevormd.

Onderzoekers van Centro de Investigación y de Estudios Avanzados Unidad Monterrey en Centro de Investigación en Matemáticas Unidad Monterrey in Mexico hebben onlangs een experiment uitgevoerd om de aard van deze ongrijpbare en mysterieuze objecten verder te onderzoeken, met name wanneer xenon en krypton werden opgelost in water. Hun onderzoek, te zien in Physical Review Letters , identificeerde de vorming van wat het team 'nanoblobs' noemt, maar vond geen bewijs van nanobellen.

"Ons doel was om xenon- en krypton-nanobellen te maken met behulp van een schone methode", vertelde Carlos Ruiz Suarez, een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerde, aan Phys.org. "Ik moet zeggen dat veel wetenschappers beweren dat nanobellen, ondanks hun gebruik in veel toepassingen, niet bestaan. Er wordt eerder gedacht dat het olie/vaste verontreinigingen zijn die tijdens de experimenten zijn gevormd."

Om het "mysterie" van nanobellen op te lossen, bedachten Ruiz Suarez en zijn collega's een "schone" methode die hen theoretisch in staat had moeten stellen om "echte" nanobellen te produceren. Deze methode omvatte het oplossen van de twee edelgassen xenon en krypton in water, door er hoge druk op uit te oefenen, en vervolgens de druk te verlagen en de resulterende vloeistof te inspecteren.

Het team beoordeelde de resultaten van deze procedure in zowel moleculaire dynamica-simulaties (MDS's) als laboratoriumexperimenten. Hoewel ze nanobelachtige deeltjes waarnamen, waren ze verrast toen ze deze deeltjes analyseerden en ontdekten dat dit hoogstwaarschijnlijk amorfe gas-waterstructuren waren, in plaats van gasvormige bellen.

"Om de edele atomen samen te brengen om in bellen te kiemen, moesten we hun concentraties in het watermedium verhogen", legt Ruiz Suarez uit. "Door MDS's uit te voeren, ontdekten we dat de juiste verhoudingen tussen watermoleculen en de edele atomen ongeveer 30 watermoleculen / atoom waren. We moesten dus een hogedrukcel bouwen om de atomen te dwingen op te lossen in water door het gas naar binnen te duwen ."

Xenon en krypton zijn twee hydrofobe gassen. Dit betekent dat ze alleen onder hoge druk (meer dan 360 bar of atmosfeer) in water en waterige oplossingen kunnen komen. Zodra ze echter in het water komen, kunnen ze zich met elkaar verbinden door hydrofobe en van der Waals-krachten.

"Er is momenteel geen manier om in de cel te kijken, maar we veronderstelden dat de bubbels bestonden omdat we onze MDS's geloofden," zei Ruiz Suarez. "De volgende stap voor ons werk was om het monster drukloos te maken en de bellen te zien. Tot onze grote verbazing waren er echter geen bellen, maar iets anders:nanostructuren gevormd door gas en water, die we nanoblobs noemden. Dit zijn sui generis-structuren die aanleiding geven tot clathratenhydraten."

Het bestaan ​​van nanobellen blijft een onderwerp van discussie in de deeltjesfysica en het recente werk van deze onderzoekers zou kunnen helpen om dit mysterie op te lossen. Net als xenon en krypton, kunnen veel andere gassen die worden gebruikt om nanobellen te vormen, ook clathraathydraten vormen (d.w.z. waterstructuren met moleculen erin). Over het algemeen suggereren de bevindingen van het team dat wat in veel eerdere onderzoeken werd geïdentificeerd als "nanobellen" in plaats daarvan deze amorfe nanostructuren zouden kunnen zijn die worden gevormd door clathraathydraten.

"Het is belangrijk op te merken dat wanneer een bestaande fysische theorie experimentele bevindingen niet kan verklaren, natuurkundigen het graag een catastrofe noemen," zei Ruiz Suarez. "Omdat nanobellen een hoge druk in zich hebben (hoe kleiner ze zijn, hoe hoger de druk), zegt de theorie dat hun levensduur erg kort is (in de orde van microseconden). Uit observaties bleek echter dat ze veel langer bestaan, dus dit is genaamd de Laplace Pressure Bubble Catastrofe."

Als de bevindingen van dit team van onderzoekers valide en betrouwbaar zijn, kunnen ze een grote bijdrage leveren aan het huidige begrip van nanobellen. In wezen suggereren hun bevindingen dat de Laplace Pressure Bubble Catastrophe niet bestaat, aangezien eerder waargenomen "nanobellen" in plaats daarvan "nanoblobs" zijn, of alternatieve structuren die het resultaat zijn van clathraathydraten in experimenteel gebruikte gassen.

"We bouwen nu een experimenteel apparaat waarmee we in de cel kunnen kijken en de nanobellen onder hoge druk kunnen observeren", zei Ruiz Suarez. "We willen hun evolutie zien wanneer we de druk verlagen en het moment waarop ze clathraathydraten worden. Ondertussen bestuderen we ook andere belangrijke gassen zoals zuurstof en koolstofdioxide." + Verder verkennen

Mysterie van de nanobellen opgelost

© 2022 Science X Network