Dalla superficie battuta dal vento dell'oceano aperto, a trilioni di minuscole gocce d'acqua nelle nuvole, l'interfaccia aria-acqua, la pelle dell'acqua, è il sito di processi naturali cruciali, compreso lo scambio oceano-atmosfera e l'acidificazione delle nubi. L'interfaccia aria-acqua è stata persino postulata come la culla della vita. Però, fattori come la sua dimensione subnanometrica e la natura dinamica, rendono l'indagine del richiedente interfacciale un compito arduo.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno studiato l'interfaccia aria-acqua utilizzando elettrospray d'acqua:spruzzi fini prodotti applicando più di 5000 V a soluzioni acquose che passano attraverso un capillare metallico. Tradizionalmente, gli elettrospray sono stati usati per studiare gli ioni in fase gassosa. Utilizzando elettrospray, i ricercatori hanno suggerito che la superficie dell'acqua leggermente acida si comporta come un superacido altamente reattivo. Ma rimane il dibattito se l'interfaccia aria-acqua a pH mite possa davvero comportarsi come un superacido.

Ora, I ricercatori KAUST guidati da Himanshu Mishra hanno impiegato tecniche complementari per distinguere gli effetti puramente interfacciali dagli effetti specifici dell'elettrospray.

I ricercatori hanno studiato la reattività dell'isoprene, una molecola volatile rilasciata dalle piante sottoposte a stress termico, all'interfaccia con l'acqua. "Abbiamo confrontato due scenari:elettrospray di acqua che interagiscono con gas isoprene e miscele vigorosamente agitate di acqua e isoprene in fiale chiuse, " spiega Adair Gallo Jr., un dottorato di ricerca studente nel team di Mishra e autore principale dello studio.

Il team ha cercato la formazione di brevi catene di isoprene chiamate oligomeri. "Intrigante, oligomeri isoprene formati spontaneamente negli elettrospray, in condizioni acide e basiche, e anche in assenza di acqua, " dice Gallo. Non sono stati rilevati prodotti di oligomerizzazione quando l'acqua acidificata è stata agitata vigorosamente con isoprene per ore. Ma quando la stessa fase organica è stata elettrospruzzata, si formano oligomeri. I risultati stabiliscono inequivocabilmente che l'oligomerizzazione è avvenuta esclusivamente negli elettrospray.

Simulazioni al computer realizzate da Adriano Sanchez, uno studioso postdottorato nel team di Mishra, ha fornito approfondimenti su scala molecolare sui risultati. "Abbiamo scoperto che la formazione di oligomeri era possibile solo su cluster in fase gassosa comprendenti non più di tre molecole d'acqua e un protone in eccesso, "dice Sanchez.

Collettivamente, i risultati del team hanno dimostrato che gli elettrospray presentano percorsi in fase gassosa altamente energetici per il verificarsi di reazioni chimiche che sono impossibili nelle interfacce naturali aria-acqua. "Gli elettrospray dovrebbero quindi essere integrati con tecniche specifiche per la superficie e simulazioni al computer per evitare conclusioni errate quando si studiano i processi interfacciali, " Dice Mishra. "Ho pensato a questo problema per oltre sei anni, e adesso, grazie alla mia squadra, siamo riusciti a districare gli effetti puramente interfacciali dagli artefatti" afferma Mishra. Questo contributo apparirà sulla copertina della rivista Scienze chimiche .