模拟和实验揭示了关于水在盐水中运动的前所未有的细节

在盐水溶液中，根据纽约大学和索邦大学科学家领导的实验和模拟，水分子以每秒超过一万亿次的规模在盐离子周围快速移动。

“盐溶液比眼睛看到的要多，”纽约大学化学系教授，该研究的资深作者之一Alexej Jerschow说。“当我们测量和模拟氯化钠离子和周围水分子的非常快速的动力学时，这一点很明显。

发表在Nature Communications上的研究结果将使研究人员能够建立更可靠的模型来预测离子动力学，这些模型可用于各种科学工作，从改进可充电电池到MRI。

离子无处不在，对生命至关重要。许多离子，如钠和钾，在人体中普遍存在，并决定细胞活力、神经信号传导和组织的结构完整性。离子如何与溶剂相互作用也起着关键作用;例如，可充电电池依赖于离子通过电解质溶液的运动。

水基溶液中的离子通常被四到六个水分子包围，但尚不清楚这些分子作为一个单元的移动程度以及水分子经历的运动量。以前使用的模型不足以捕捉水和离子之间的协同运动。

为了研究盐和水分子的运动，研究人员使用了核磁共振(NMR)波谱，这是一种通常用于确定分子结构的多功能工具，并将实验数据与详细的计算机模拟相结合，可以在原子尺度上模拟盐离子周围的动力学。

在广泛的浓度和温度范围内测试盐水，并结合实验数据和计算机模拟，研究人员观察到水分子以极快的速度围绕钠和氯离子摆动 - 每秒超过一万亿次。此外，以前假设离子与周围的溶剂分子作为一个单元一起移动，但实验表明情况并非如此;相反，水分子的摆动速度比离子-水复合物快得多。

“我们发现实验和模拟之间非常一致，这使我们能够为离子动力学建立可靠的模型，”Jerschow说。

“我们现在正在转向更复杂的电解质和固体表面附近发生的事情，将实验与模拟相结合对于取得进展至关重要，”索邦大学的Benjamin Rotenberg和法国国家科学研究中心(CNRS)说，该研究的另一位资深作者。

“我们预计这项工作可以在许多领域提供见解 - 从医学到能量存储 - 建立在对溶液中离子动力学的良好理解之上，”Jerschow补充道。

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