Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens     3M    n-tv
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Illuminating the no-man's land of waters' surface

27.11.2012
Researcher at EPFL proves that the strong electric charge observed at the interface between oil and water is not due to impurities

Anzeige


Nonlinear optics and light diffusion allow to see the unseeable.

Credit: © 2012 EPFL

Water repelling molecules are said to be hydrophobic. The hydration – or formation of water interfaces around hydrophobic molecules – is important for many biological processes: protein folding, membrane formation, transport of proteins across an interface, the transmission of action potentials across membranes. It is involved as well in the process of creating mayonnaise, or in the fact that you can get rid of fat with soap. Hydrophobic interfaces although long studied, are poorly understood.

Here's an amusing kitchen-table experiment to illustrate waters unusual properties: put a drop of pure insulating oil in a glass of pure, non-conducting water, and create an electric field using two wires hooked up to a battery. You'll see the oil move from the negative to the positive pole of the little circuit you've created. You have created charge in a mixture that was neutral, and a huge amount of it too, judging from the speed at which the droplets move. The same thing happens for gas bubbles in water; the phenomenon of charging applies to all hydrophobic/water interfaces.

- A century of debates -

It's not a new discovery; scientists have observed the phenomenon in the middle of the 19th century. But despite more than a century of research, the reason why such a huge electric charge exists is still the subject of heated debate.

In an article published this week in Angewandte Chemie – a journal of reference in the field – EPFL scientist Sylvie Roke challenges a hypothesis put forward last spring in the same journal. With experimental proof to back her up, the holder of the Julia Jacobi chair in photomedicine makes her case: the phenomenon is not caused by the inevitable "impurities" present in oils, as her colleagues claim, but rather by certain intrinsic properties of the water molecules involved.

- Show the unseeable -

For proof, Roke turns to the technologies in which she is an expert – nonlinear optics and light diffusion. Using carefully filtered lasers channeled through a complex circuit of mirrors and lenses, she "hits" her sample – barely a drop – and measures the wavelength of the light that escapes from it. With this she can detect whether or not there are nanoscopic molecules on the interface between the oil and the water.

The precision of the observations "shows that negative charges exist even in a total absence of surface impurities, and thus the explanation put forward by my colleagues, which was derived from charge measurements and chemical titrations of the bulk liquids, doesn't hold up," says Roke. "We have developed a unique apparatus that can distinctly measure the interfacial structure of a layer on the sub-nanometer length scale that surrounds a droplet of oil in water. Thus, we can 'see' what is on the interface, and do not have to deduce it from comparing bulk properties, which is far less accurate."

Disproving a hypothesis isn't enough to explain a phenomenon, however. Roke is studying a promising avenue, that explores the intrinsic quantum nature of the water molecule itself, which might be responsible for the phenomenon. "The measurements we've made as part of this refutation could be used to try and prove this explanation," she says. "It's fascinating, because quantum effects (the smallest of the smallest) might be responsible for macroscopic charging effects that influence so many properties that relate to the functioning of the human body."

Sylvie Roke | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.epfl.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Researchers Solve Mystery of X-Ray Light From Black Holes
18.06.2013 | Johns Hopkins

nachricht Hubble Uncovers Evidence for Extrasolar Planet Under Construction
17.06.2013 | Space Telescope Science Institute (STScI)

Alle Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Siemens und LanzaTech wollen Bioethanol aus Stahlwerksabgasen erzeugen


- Biologisches Fermentierungsverfahren konvertiert CO und CO2 zu Ethanol und anderen Basis-Chemikalien

- Prozess nutzt Energieinhalt von Stahlwerksabgasen

- Kooperation über zehn Jahre zur weiteren Entwicklung und Vermarktung integrierter Umweltlösungen für die weltweite Stahlindustrie

Siemens Metals Technologies und LanzaTech haben ein zehnjähriges Kooperationsabkommen zur Entwicklung und Vermarktung von integrierten Umweltlösungen für die weltweite Stahlindustrie geschlossen.

Im Zentrum der Zusammenarbeit steht das von LanzaTech entwickelte Fermentierungsverfahren, mit dem kohlenstoffreiche Abgase in der Stahlindustrie zu Bioethanol und anderen Basis-Chemikalien konvertiert werden können. Siemens und LanzaTech werden ...

Im Focus: Zucker im Ferngespräch


All unsere Zellen tragen einen Mantel aus Zuckermolekülen, sogenannten Glykanen. Wissenschaftler der ETH Zürich und der Empa haben nun entdeckt, dass Glykane die Anordnung von Wasserteilchen über weite Distanzen rearrangieren.

Glykoproteine sind ein wichtiger Teil unseres Körpers: Diese Zucker-Protein Hybridmoleküle bilden die schützende Schleimschicht, die unsere Lungen und unseren Magen auskleiden. Sie sind Bestandteil der Flüssigkeit, die unsere Gelenke schmiert, und sie bedecken all unsere Zellen, wobei der Zuckerteil, die Glykane, wie ein Miniaturwald aus Antennen nach aussen zeigen.

Forschende ...

Im Focus: Elektromobilität: Neues Werkstoffkonzept für das Batteriegehäuse spart Gewicht und gibt Sicherheit


Die europäischen Länder haben sich verpflichtet, die CO2-Emissionen zu reduzieren. Im Bereich der Individualtransportsysteme bieten rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge – gefahren mit regenerativ erzeugtem Strom – eine Chance dafür.

Eine der großen Herausforderungen hin zur Elektromobilität ist die Batterie. Noch ist die Reichweite gering und das Gewicht hoch. Aufgrund der niedrigen Energiedichte werden die Batteriepakete auch in den nächsten Jahren noch groß und schwer sein, selbst wenn bei den Li-Ionen-Zellen die erhofften weiteren Fortschritte erzielt werden. Neue Werkstoffkonzepte zur ...

Im Focus: Digital Engineering macht Arbeit an Erdgas-Freiförderanlagen sicherer


Derzeit laufen am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF die 16. IFF-Wissenschaftstage. Mit der 10. Fachtagung »Digital Engineering zum Planen, Testen und Betreiben technischer Systeme« liegt einer der Schwerpunkte auf den neuesten Digital-Engineering-Technologien.

Digital Engineering bietet alle Möglichkeiten, um heute schneller von der Idee zum fertigen Produkt zu gelangen. »Vor allem in der Planungs- und in der Entwurfsphase ist das Digital Engineering fest etabliert«, erklärt Professor Michael Schenk, Institutsleiter des Fraunhofer IFF.

»Doch darüber hinaus ist die technologiebasierte Qualifizierung als ein zentraler Baustein ...

Im Focus: Pestizide reduzieren die Artenvielfalt in Gewässern deutlich


Einige Pestizide, die derzeit in Europa und Australien im Einsatz sind, können die regionale Artenvielfalt von wirbellosen Tieren in Fließgewässern um bis zu 42 Prozent reduzieren. Das berichten Forscher in den “Proceedings” der US-Akademie der Wissenschaften (PNAS).

Mikhail A. Beketov und Matthias Liess vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig analysierten gemeinsam mit Ben Kefford von der Technischen Universität Sydney und Ralf B. Schäfer vom Institut für Umweltwissenschaften Landau die Auswirkungen von Pestiziden wie Insektiziden und Fungiziden auf den regionalen Artenreichtum von Wirbellosen in Fließgewässern und verwendeten ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Aktuell

Den Klimawandel verstehen

19.06.2013 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

The secret of DNA methylation

19.06.2013 | Biowissenschaften Chemie

Langzeitexperiment zum Klimawandel in Sachsen-Anhalt

19.06.2013 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - August 2013

19.06.2013 | Veranstaltungsnachrichten

Euro Hybrid Materials and Structures 2014

19.06.2013 | Veranstaltungsnachrichten

Demografie-Forschung auf dem Rhein

19.06.2013 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp