Cariche uguali possono attrarsi a vicenda

Cariche opposte si attraggono, cariche uguali si respingono - ma questo non vale sempre. In determinate circostanze, le particelle cariche possono infrangere queste regole, come ha scoperto un gruppo di ricerca guidato da Madhavi Krishnan dell'Università di Oxford. Tuttavia, hanno bisogno di un piccolo aiuto, come riporta il team nella rivista "Nature Nanotechnology". Le particelle disciolte in un liquido possono interagire con le sue molecole in modo tale che le cariche simili si attraggano a vicenda. Questi effetti possono persino rompere la simmetria tra le cariche: le particelle con carica positiva si attraggono, mentre quelle con carica negativa si respingono. La scoperta ha conseguenze di vasta portata per fenomeni come la formazione dei cristalli o le interazioni tra le proteine.

Si sa da tempo, soprattutto in biologia, che molecole con la stessa carica o strutture più grandi a volte sembrano attrarsi a vicenda. Mancava però una spiegazione: tutte le altre interazioni erano considerate troppo deboli per compensare la repulsione delle cariche. Per risolvere l'enigma, il team ha studiato il comportamento di nanoparticelle di silicato con carica negativa e positiva in acqua ed etanolo. La spiegazione della strana attrazione tra particelle con la stessa carica risiede nel comportamento dell'acqua sulla superficie delle particelle. Le loro cariche impongono un certo ordine intorno alle particelle cariche sulle molecole d'acqua, che hanno anch'esse aree negative e positive.

Come ha scoperto il gruppo di ricerca, la disposizione spaziale delle particelle può diventare sempre più a bassa energia quando due particelle cariche negativamente si muovono l'una verso l'altra. Fino a una certa distanza, l'energia che si libera è maggiore di quella che deve essere spesa per superare la repulsione delle stesse cariche. Ciò significa che le particelle con la stessa carica si attraggono a distanze maggiori. Di conseguenza, le nanoparticelle con carica negativa presenti nell'acqua formano gruppi ordinati grazie alla loro attrazione. Le particelle con carica positiva, invece, non subiscono un simile guadagno di energia in acqua e continuano a respingersi l'un l'altra. Tuttavia, questo fenomeno non è stato rilevato. Tuttavia, questo cambia nell'alcol. Le sue molecole si dispongono sulle superfici in modo tale da orientare le loro aree cariche positivamente e negativamente nella direzione opposta a quella dell'acqua. Di conseguenza, anche l'effetto della loro riorganizzazione è di segno opposto: le cariche positive si attraggono, quelle negative no. Il gruppo di lavoro mostra anche come sia possibile misurare e prevedere le forze e i potenziali decisivi sulle superfici. L'effetto ha conseguenze di vasta portata per tutta una serie di aree e applicazioni specialistiche. Ad esempio, probabilmente influenza il comportamento di molte strutture biologiche, modifica la solubilità di nanoparticelle o sostanze chimiche o fa sì che si aggreghino cose che idealmente non dovrebbero agglomerarsi.

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