마그네슘 이온은 짧은 길이의 물 역학을 느리게 합니다.

May 23, 2023

2022년 10월 12일

연구 협회 베를린 eV(FVB)

이온의 존재는 다양한 길이와 시간 규모에서 물의 구조와 역학에 영향을 미칩니다. 초고속 분광학 및 이론적 분석의 새로운 결과는 특정 마그네슘 및 황산염 이온 쌍의 물 환경이 수용액의 역학에 결정적인 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.

생화학 및 세포 과정의 기본 매체인 액체 물은 수소 결합으로 연결된 극성 분자의 복잡한 네트워크로 구성됩니다. 물은 국소 구조를 변화시켜 용질의 존재에 반응합니다. 액체 물에 대한 음전하 및 양전하 이온의 영향은 일반적으로 주변 물을 구조화하거나 물 구조를 파괴하는 능력을 기준으로 이온의 순위를 매기는 Hofmeister 계열을 통해 분류됩니다.

호프마이스터 시리즈의 미세한 기원과 분자 메커니즘은 수년간의 연구에도 불구하고 논란의 여지가 있습니다. 그러나 Hoffmeister 계열은 이온이 물에 용해된 생체분자에 미치는 영향을 특성화하므로 큰 관련성을 갖습니다.

최근의 실험과 시뮬레이션을 통해 주변 물 분자의 역학에 대한 이온의 훨씬 더 복잡한 영향이 밝혀졌습니다. ACS Physical Chemistry Au 저널에 발표된 이 연구는 분광학 실험과 분자 상호 작용 및 역학에 대한 심층적인 이론적 분석을 결합합니다.

베를린의 Max Born Institute, 베를린 자유 대학교(Freie Universität Berlin) 및 뮌헨의 Ludwig-Maximilian-University의 연구원들은 환경의 동적 특성을 매핑하기 위해 국부적으로 민감한 프로브로 황산염(SO42-) 이온의 비대칭 신축 진동을 사용했습니다. 이러한 맥락에서 수화 황산 이온은 광물에서 흔히 발견되고 생리학 및 생화학에서 매우 중요하기 때문에 원형 모델 시스템입니다.

연구진은 국소적인 수화 환경에 대한 정보를 얻기 위해 펨토초 시간 영역에서 2차원 적외선 분광학이라는 실험 기법을 사용하고, 나트륨(Na+) 또는 마그네슘(Mg2+) 이온이 존재할 때 황산이온의 거동을 비교했습니다. 낮은 이온 농도.

그들은 Mg2+ 이온의 존재가 황산염 이온 주위의 물 껍질의 초고속 변동을 감소시켜 Na2SO4 수용액과 비교하여 수화된 MgSO4의 용매화 역학의 특정 둔화를 초래한다는 것을 발견했습니다.

광범위한 시뮬레이션을 통해 관찰된 역학에 대한 현미경 보기를 제공하고 수화 껍질에서 물 분자를 공유하는 SO42-Mg2+ 이온 쌍의 구조적 특징으로 인해 물 역학의 둔화가 발생하는 분자 그림을 보여줍니다.

문헌에 널리 퍼져 있는 설명과는 달리, 설명된 효과는 범위가 짧고 황산염 이온 주변의 처음 1~2개 수층으로 제한됩니다. 이온 유형이 물 구조에 미치는 영향을 분류하는 Hoffmeister 시리즈와는 대조적으로, 새로운 결과는 희석된 수성 시스템의 역학에 대한 특정 이온 쌍의 개별 용매화 기하학의 특별한 관련성을 보여줍니다.

추가 정보: Achintya Kundu 외, SO42-–Mg2+ 이온 쌍 주변의 물 용해 역학의 단거리 협동 감속, ACS 물리 화학 Au(2022). DOI: 10.1021/acsphyschemau.2c00034

베를린 eV 연구협회(FVB) 제공