La interfaz entre gases y líquidos se encuentra en toda la naturaleza. También es importante para muchos procesos industriales. Para mejorar la comprensión de la interfaz gas-líquido, los investigadores han desarrollado un aparato para estudiar las reacciones entre las moléculas de gas y los líquidos altamente volátiles con nuevos niveles de detalle. Utiliza un haz molecular que se dirige sobre una superficie líquida plana. Cuando el haz se dispersa, un detector recopila datos sobre la velocidad, la dirección y la masa de las moléculas en el haz disperso. Esto permite a los investigadores deducir los cambios relacionados con la interacción de gas y líquido. Para evaluar la viabilidad de este enfoque novedoso, los investigadores estudiaron la interacción entre el gas noble neón y el dodecano líquido.

La interfaz entre el gas y la fase líquida es un entorno químico único. Es importante comprender las reacciones químicas en la atmósfera terrestre y cómo se mueve el carbono entre el aire y la superficie del mar. En entornos industriales, esta interfaz afecta la forma en que se mezclan el aire y el combustible en los motores de combustión interna y otras aplicaciones. El novedoso aparato de dispersión de chorro plano abre nuevas oportunidades para los estudios de interfaz gas-líquido de líquidos volátiles. Los científicos ahora pueden estudiar las reacciones de las moléculas en la superficie del agua líquida con una resolución de nivel molecular. Los investigadores planean usar este método para estudiar la formación de lluvia ácida y moléculas relacionadas con la contaminación del aire.

Esta investigación informa los primeros resultados de un aparato de dispersión de chorro plano de nuevo diseño. Los investigadores, incluidos científicos de la Universidad de California, Berkeley; Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley; el Instituto Fritz Haber de la Sociedad Max Planck; el Instituto Leibniz de Ingeniería de Superficies; y la Universidad de Leipzig, demostraron la viabilidad del aparato mediante el estudio del sistema de dispersión de dodecano líquido de neón. Comenzaron midiendo la evaporación molecular de un chorro plano de dodecano dopado con neón. La investigación encontró que la evaporación sigue una distribución angular que se aproxima mejor mediante una función coseno para las moléculas de neón y dodecano. Además, la distribución de velocidades de las moléculas de neón salientes sigue una distribución de Maxwell‑Boltzmann a la temperatura del líquido. Esto indica una evaporación imperturbable de neón. Por lo tanto, los investigadores utilizaron átomos de neón para sondear la dinámica de dispersión en la superficie del dodecano líquido.

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. + Explora más

Imaging chemical kinetics at liquid-liquid interfaces