Utilizzando l'esclusiva struttura DESIREE, i ricercatori dell'Università di Stoccolma e dell'Università Ebraica di Gerusalemme sono stati in grado per la prima volta di visualizzare direttamente i prodotti neutri della neutralizzazione reciproca di idronio e idrossido e di segnalare tre diversi canali di prodotto:due canali sono stati attribuiti a un meccanismo predominante di trasferimento di elettroni e un canale più piccolo era associato al trasferimento di protoni.
L’esperimento di collisione a due raggi rappresenta un passo importante verso la comprensione della dinamica quantistica di questa reazione fondamentale. I loro risultati sono pubblicati sulla rivista Science .
La mutua neutralizzazione (MN) del catione idronio, H3 O + e l'anione idrossido, OH – formare molecole d'acqua neutre è uno dei processi chimici più basilari, in cui il MN avviene tramite trasferimento di protoni (PT) tra idronio e ioni idrossido e la reazione inversa dell'autoionizzazione dell'acqua, poiché questo governa il pH dell'acqua pura.
Questo processo ha suscitato un notevole interesse, ma manca un'indagine sperimentale diretta dei meccanismi di reazione sottostanti. Realizzando l'interazione in fasci uniti di due specie ioniche con velocità relativa prossima allo zero, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare direttamente i prodotti neutri di queste reazioni e osservare tre diversi canali di prodotto.
Due canali sono attribuiti a un meccanismo predominante di trasferimento di elettroni e un canale più piccolo è associato al trasferimento di protoni. L'esperimento di collisione a due raggi è un passo importante verso la comprensione della dinamica quantistica di questa reazione fondamentale.
Un team di scienziati guidato dal Prof. Daniel Strasser dell'Università Ebraica in Israele si è unito a un team guidato dal Dr. Richard Thomas dell'Università di Stoccolma, per studiare questa reazione utilizzando la struttura DESIREE. Qui, gli ioni idronio e idrossido vengono creati in modo indipendente, preparati e lasciati interagire in modo controllato senza che altre molecole vicine interferiscano.
La reazione di mutua neutralizzazione viene quindi misurata mediante rilevamento coincidente dei singoli prodotti neutri. Nell'acqua liquida, il trasferimento di protoni è l'unico meccanismo di reazione, mentre, nel sistema isolato, domina il trasferimento di elettroni e il trasferimento di protoni è un canale minore, ma potrebbe comunque essere identificato in DESIREE.
"È emozionante poter osservare direttamente la competizione tra i meccanismi di trasferimento di elettroni e protoni in questa reazione", ha affermato Strasser. L'eccitazione del prodotto interno risolta dal meccanismo riportato, così come la dipendenza dall'energia di collisione e dalla temperatura ionica iniziale forniscono un punto di riferimento per modellare i meccanismi di trasferimento di carica in diversi ambienti contenenti "ioni acqua".
"È fantastico poter adottare un approccio dal basso verso l'alto per affrontare una delle sfide più difficili della chimica fisica", ha affermato Richard Thomas. "Non vediamo l'ora di aggiungere lentamente nuovamente complessità all'esperimento, aggiungendo una molecola d'acqua alla volta, e studiando l'effetto di ciò, poiché, ad un certo punto, il trasferimento di elettroni deve diminuire in modo tale che il canale di trasferimento di protoni domini completamente, e vorremmo scoprire quando ciò accadrà."
"La struttura DESIREE è stata in larga misura motivata dalla capacità di studiare la neutralizzazione reciproca degli ioni molecolari, e questa è una pietra miliare per la struttura che apre una serie di possibilità per studi futuri da parte degli utenti DESIREE", ha affermato il Prof. Henning Schmidt, direttore della la struttura DESIREE e coautore dell'articolo.
Ulteriori informazioni: Alon Bogot et al, La neutralizzazione reciproca di idronio e idrossido, Scienza (2024). DOI:10.1126/science.adk1950
Fornito dall'Università Ebraica di Gerusalemme
