難溶於水的鹽是由離子構成的嗎（違反直覺的事實）

2023-04-28 13:56:40

廚師們都知道，一丁點的鹽--主要由化合物氯化鈉組成--在掉入一鍋甚至是室溫的水中時就會溶解。但是，作為一個花了幾十年時間研究物質在被限制在無限小的空間裡時如何表現的化學家，內布拉斯加大學林肯分校的曾曉成也知道，在宏觀尺度上發生的事情不一定在納米尺度上成立。

曾和他的同事最近進行了計算機模擬，以確定當氯化鈉和它的鹹味表親氯化鋰被淹沒在由兩面光滑的拒水牆接壤的納米級水流中時，它們會有什麼反應。

食鹽的主要成分氯化鈉（左）和氯化鋰（右）的原子級渲染圖。 曾曉成等人的新研究表明，當被限制在一個納米空間時，鈉（深藍色）和氯（淺藍色）原子在被溶解後可以重新組合。根據該團隊的模擬，鋰（粉紅色）和氯原子也能做到這一點。

這些模擬預測了一些非常反常的事情。根據模擬結果，在最初溶解在水中後，氯化鈉和氯化鋰的帶電、隨機分散的原子將自發地重新組合成二維層。在氯化鈉的情況下，該層將與它的固體、預溶解狀態相同：一個正方形的結晶圖案，每個鈉原子被四個氯原子包圍，或者反之。對於氯化鋰來說，該層將包括六邊形環--三個鋰原子，三個氯原子--或者人字形的原子鏈，或者兩者都是。

根據研究小組的計算，出現這種意想不到的行為，部分原因是納米級的限制降低了帶電原子--鈉、鋰或氯--與通常在其周圍形成殼的水分子之間的相互作用強度。研究人員發現，這種水化殼通常會使鈉和氯等帶相反電荷的粒子在溶解後不會重新組合--但當被限制在一個納米級空間時就不會。

曾和他的計算化學家同事希望他們的預測將鼓勵其他研究人員進行實驗，以驗證或挑戰他們的模擬結果。這些預測最終可能為設計運送帶電原子以重現神經元活動的納米流體裝置提供有用的信息。