A sinistra:un getto piatto di dodecano liquido prodotto da un ugello a chip microfluidico. A destra:un raggio molecolare incidente (linea rossa) che colpisce la superficie del getto. I ricercatori possono analizzare la velocità e le distribuzioni angolari delle molecole nel raggio diffuso (linea blu). Credito:Chin Lee, Università della California a Berkeley
L'interfaccia tra gas e liquidi si trova in tutta la natura. È anche importante per molti processi industriali. Per migliorare la comprensione dell'interfaccia gas-liquido, i ricercatori hanno sviluppato un apparato per studiare le reazioni tra molecole di gas e liquidi altamente volatili con nuovi livelli di dettaglio. Utilizza un raggio molecolare che viene diretto su una superficie liquida piatta. Quando il raggio si disperde, un rilevatore raccoglie dati sulla velocità, direzione e massa delle molecole nel raggio diffuso. Ciò consente ai ricercatori di dedurre i cambiamenti legati all'interazione di gas e liquido. Per valutare la fattibilità di questo nuovo approccio, i ricercatori hanno studiato l'interazione tra il neon a gas nobile e il dodecano liquido.
L'interfaccia tra la fase gassosa e quella liquida è un ambiente chimico unico. È importante capire le reazioni chimiche nell'atmosfera terrestre e come il carbonio si muove tra l'aria e la superficie del mare. Negli ambienti industriali, questa interfaccia influisce sul modo in cui aria e carburante si mescolano nei motori a combustione interna e in altre applicazioni. Il nuovo apparato di diffusione a getto piatto apre nuove opportunità per gli studi sull'interfaccia gas-liquido di liquidi volatili. Gli scienziati possono ora studiare le reazioni delle molecole sulla superficie dell'acqua liquida con una risoluzione a livello molecolare. I ricercatori intendono utilizzare questo metodo per studiare la formazione di piogge acide e molecole legate all'inquinamento atmosferico.
Questa ricerca riporta i primi risultati di un apparato di diffusione a getto piatto di nuova concezione. I ricercatori, compresi gli scienziati dell'Università della California, Berkeley; Laboratorio Nazionale Lawrence Berkeley; l'Istituto Fritz Haber della Società Max Planck; l'Istituto Leibniz di ingegneria delle superfici; e l'Università di Lipsia, hanno dimostrato la fattibilità dell'apparato studiando il sistema di diffusione del dodecano liquido neon. Hanno iniziato misurando l'evaporazione molecolare da un getto piatto di dodecano drogato con neon. La ricerca ha scoperto che l'evaporazione segue una distribuzione angolare che è meglio approssimata da una funzione coseno per le molecole di neon e dodecano. Inoltre, la distribuzione della velocità delle molecole di neon in uscita segue una distribuzione di Maxwell-Boltzmann alla temperatura del liquido. Ciò indica un'evaporazione imperturbabile del neon. I ricercatori hanno quindi utilizzato atomi di neon per sondare la dinamica dello scattering sulla superficie del dodecano liquido.
In the scattering experiments, the team observed two main mechanisms:impulsive scattering (IS) and thermal desorption (TD). In TD, molecules impinging on the surface fully thermalize with the liquid and subsequently desorb. This mechanism has a fingerprint already known from the evaporation studies. For IS, however, information about the initial beam energy and direction is partially conserved. The research exploited this condition to quantify the translational energy transfer from neon to the liquid. They showed that the nature of the energy transfer can be modeled with a soft‑sphere kinematic model. This model enabled them to estimate the effective surface mass of dodecane to be 60 amu, which is much smaller than a single dodecane molecule (170 amu), thereby indicating that only part of a dodecane molecule contributes to the interaction at the collision timescale. The team's next steps include conducting experiments related to protic/aprotic molecular scattering off dodecane and reactive scattering from water. + Esplora ulteriormente
