Utilizando la instalación única DESIREE, investigadores de la Universidad de Estocolmo y la Universidad Hebrea de Jerusalén han podido por primera vez visualizar directamente los productos neutros de la neutralización mutua de hidronio e hidróxido, e informar sobre tres canales de productos diferentes:dos canales fueron atribuidos a un mecanismo predominante de transferencia de electrones, y un canal más pequeño se asoció con la transferencia de protones.
El experimento de colisión de dos haces es un paso importante hacia la comprensión de la dinámica cuántica de esta reacción fundamental. Sus hallazgos se publican en la revista Science. .
La neutralización mutua (MN) del catión hidronio, H3 O + , y el anión hidróxido, OH – formar moléculas de agua neutras es uno de los procesos químicos más básicos, donde se produce el MN mediante transferencia de protones (PT) entre iones hidronio e hidróxido y la reacción inversa de autoionización del agua, ya que esta gobierna el pH del agua pura.
Este proceso ha atraído un interés considerable, pero ha faltado un sondeo experimental directo de los mecanismos de reacción subyacentes. Al darse cuenta de la interacción en haces fusionados de dos especies iónicas con una velocidad relativa cercana a cero, los investigadores pudieron visualizar directamente los productos neutros de estas reacciones y observar tres canales de productos diferentes.
Dos canales se atribuyen a un mecanismo predominante de transferencia de electrones y un canal más pequeño está asociado con la transferencia de protones. El experimento de colisión de dos haces es un paso importante hacia la comprensión de la dinámica cuántica de esta reacción fundamental.
Un equipo de científicos dirigido por el Prof. Daniel Strasser de la Universidad Hebrea de Israel se unió a un equipo dirigido por el Dr. Richard Thomas de la Universidad de Estocolmo para investigar esta reacción utilizando las instalaciones DESIREE. Aquí, los iones hidronio e hidróxido se crean de forma independiente, se preparan y se les permite interactuar de manera controlada sin que otras moléculas cercanas interfieran.
A continuación se mide la reacción de neutralización mutua mediante la detección coincidente de los productos neutros individuales. En el agua líquida, la transferencia de protones es el único mecanismo de reacción, mientras que, en el sistema aislado, domina la transferencia de electrones y la transferencia de protones es un canal menor, pero aún podría identificarse en DESIREE.
"Es apasionante poder observar directamente la competencia entre los mecanismos de transferencia de electrones y protones en esta reacción", afirmó Strasser. La excitación del producto interno resuelta por el mecanismo, así como la energía de colisión y la dependencia de la temperatura inicial del ion proporcionan un punto de referencia para modelar mecanismos de transferencia de carga en diferentes entornos que contienen "iones de agua".
"Es fantástico que podamos adoptar un enfoque ascendente para abordar uno de los desafíos más difíciles de la química física", afirmó Richard Thomas. "Esperamos volver a agregar complejidad lentamente al experimento, agregando una molécula de agua a la vez y estudiando el efecto de esto, ya que, en algún momento, la transferencia de electrones debe disminuir de modo que el canal de transferencia de protones domine por completo, y Nos gustaría saber cuándo será".
"La instalación DESIREE estuvo motivada en gran medida por la capacidad de estudiar la neutralización mutua de iones moleculares, y esto es un hito para la instalación que abre una serie de posibilidades para estudios futuros por parte de los usuarios de DESIREE", afirmó el Prof. Henning Schmidt, director de las instalaciones DESIREE y coautor del artículo.
Más información: Alon Bogot et al, La neutralización mutua del hidronio y el hidróxido, Ciencia (2024). DOI:10.1126/ciencia.adk1950
Proporcionado por la Universidad Hebrea de Jerusalén
