Sciencemag.cz
Doporučujeme
Chemici objevili nepravé vodíkové vazby.
Za určitých okolností se olej může ve vodě rozptýlit v podobě malých kapiček, a to bez potřeby emulgátorů (obecně: dalších stabilizujících molekul). Výsledný stav je navíc celkem stabilní. Toto podivné chování chemiky dlouho trápilo, protože pro něj neexistovalo žádné všeobecně přijímané vysvětlení. Tým vědců z EPFL a ICTP tuto otázku studoval pomocí nové optické technologie a objevil mechanismus, díky němuž tyto dvě neutrální a jinak nemísitelné sloučeniny mohou vytvářet emulze (poznámka PH: nebo tomu lépe říkat koloidní roztok? viz dále, 1 mikrometr rozpuštěné částice je tak horní hranice koloidních roztoků). Odpověď má spočívat v rozložení elektrického náboje na rozhraní.
Jen tak se olej a voda smíchat nedají, nicméně, jak je známo už asi 100 let, pokud se dodá energie pomocí ultrazvuku, pak se i v čisté vodě vytvoří kapičky oleje o velikosti menší než 1 mikrometr, které existují i několik týdnů nebo měsíců. A to i přesto, že v důsledku odpuzování obou povrchů by kapičky měly být tlačeny k tomu, aby se ihned spojovaly do větších útvarů. Zajímavé je, že při umístění do elektrického pole se tyto kapičky pohybují směrem ke kladné elektrodě. Smícháním neutrálního oleje a neutrální vody tak vznikají záporně nabité kapičky oleje. Dosud ale nebylo jasné, kde se jejich záporný náboj bere.
Tým vědců z EPFL (vedoucí Sylvia Roke) a Trieste International Center of Theoretical Physics (ICTP, vedoucí Ali Hassanali) nyní nalezl zdroj záporného náboje pomocí studia molekulární struktury kapiček na rozhraní oleje a vody. Podle výsledků publikovaných v Science stojí za celým jevem nepravé (improper) vodíkové vazby, kdy se molekuly vody při kontaktu s kapičkou oleje na ni vážou, jako by šlo o kyslík jiné molekuly vody – takže na kapičce vzniká částečný záporný náboj.
Tato vazba je oproti klasickým vodíkovým můstkům mnohem slabší, i tak ale dokáže kapičku dlouhodobě stabilizovat, protože ji obklopuje velké množství malých molekul vody.
Pomocí speciálních optických analytických technik („Dva ultrakrátké laserové pulzy se překrývaly na směsi kapiček oleje a vody. Při tomto postupu se generují nové fotony, které se rozptylují z rozhraní kapek…“ a z jejich vlastností pak lze odvodit strukturu a vazby na rozhraní olej a vody, uvádí průvodní tisková zpráva.) autoři došli k závěru, že rozhraní mezi olejem a vodou je podobné tomu, jaké známe i z biologických membrán nebo z procesů při skládání proteinů. Nakonec právě rozhraní hydrofilních a hydrofobních látek je klíčové v celé biologii/biochemii.
Saranya Pullanchery et al, Charge transfer across C–H⋅⋅⋅O hydrogen bonds stabilizes oil droplets in water, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abj3007
Zdroj: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne / Phys.org
