Onderzoekers van AMOLF en het Zwitserse EPFL hebben aangetoond dat het oppervlak van minuscule waterdruppels omgeven door een hydrofobe stof als olie verrassend geordend is. Op kamertemperatuur, de oppervlaktewatermoleculen van deze druppeltjes hebben veel sterkere interacties dan aan een normaal wateroppervlak. Dit kan nieuw licht werpen op een verscheidenheid aan atmosferische, biologische en zelfs geologische processen.

Waterdruppels van nanometrisch formaat zijn overal - in de lucht als druppeltjes of aerosolen, in industrieel geproduceerde medicijnen, en in rotsen en olievelden. Om het gedrag van deze druppels te begrijpen, het is noodzakelijk om te weten hoe ze omgaan met hun hydrofobe omgeving. Deze interactie vindt plaats op de gebogen druppelinterface, een sub-nanometrische regio die het kleine zakje water omringt. Onderzoekers van EPFL, hebben in samenwerking met het instituut AMOLF in Nederland ontdekt dat moleculen op het oppervlak van de druppels veel meer geordend waren dan verwacht. Hun verrassende resultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie . Ze maken de weg vrij voor een beter begrip van atmosferische, biologische en geologische processen.

Uniek perspectief op minuscule druppeltjes

Bij EPFL, Sylvie Roke heeft een unieke methode ontwikkeld om het oppervlak van druppeltjes een duizendste van de dikte van een mensenhaar te onderzoeken, met een volume van een attoliter (10 ⁻¹⁸ liter). "De methode omvat het overlappen van ultrakorte laserpulsen in een mengsel van waterdruppels in vloeibare olie en het detecteren van fotonen die alleen vanaf het grensvlak worden verstrooid", legt Roke uit. "Deze fotonen hebben de somfrequentie van de binnenkomende fotonen en zijn dus van een andere kleur. Met deze nieuw gegenereerde kleur, we kunnen de structuur van de interface bepalen."

Waterstofbinding zo sterk als in ijs

Het oppervlak van de waterdruppels blijkt veel meer geordend te zijn dan dat van normaal water, en is vergelijkbaar met supergekoeld water waarin de moleculen zeer sterke waterstofbindinginteracties hebben. in ijs, deze interacties leiden tot een stabiele tetraëdrische configuratie rond elk watermolecuul. Verrassend genoeg, dit type structuur werd gevonden op het oppervlak van de druppeltjes, zelfs bij kamertemperatuur - 50 ° C boven waar het normaal zou verschijnen.

Chemische processen

Dit onderzoek geeft waardevol inzicht in de eigenschappen van nanometrische waterdruppels. "De chemische eigenschappen van deze druppels hangen af ​​van hoe de watermoleculen op het oppervlak zijn georganiseerd, dus het is heel belangrijk om te begrijpen wat daar aan de hand is, ", legde Roke uit. Verder onderzoek zou zich kunnen richten op de oppervlakte-eigenschappen van waterdruppels met toevoeging van zout, een realistischer model van mariene aerosolen die bestaan ​​uit zout water omgeven door een hydrofobe omgeving. Zout kan het waternetwerk versterken of de sterkte ervan verminderen. "Of, het kan helemaal niets doen. Gezien de verrassende resultaten die hier worden gevonden, we kunnen alleen maar speculeren, ' zegt Roke.