A separação (parte inferior) dos pares de íons de fluoreto de lítio (Li e F) envolve duas etapas:(1) um aumento da coordenação da água sobre os íons (pares de íons de contato, CIP para CIP *) e (2) separação espacial dos íons (CIP * para pares de íons separados por solvente, SSIP *). Como mostra o gráfico superior, a energia livre é dominada pelo processo de rearranjo do solvente, como a teoria de Marcus de transferência de elétrons. Crédito:American Chemical Society
Dentro das células de combustível, baterias, e sistemas biológicos, pares de íons na água podem afetar as reações químicas. Saber mais sobre como a água influencia essas reações pode ser útil. Os teóricos projetaram um simples, método elegante que explica a influência. Seu método mostra como a água se move em torno dos íons e faz com que eles se aproximem ou fiquem separados.
O emparelhamento de íons pode ser um fator importante em processos químicos e biológicos. A união de íons envolve movimentos complexos de redes feitas de moléculas de água. A abordagem da equipe oferece insights sobre os íons e como eles se combinam. Os resultados permitirão aos cientistas prever, ao controle, e estrutura de sintonia, função, e dinâmica de íons e processos relacionados.
A associação ou dissociação de pares de íons na água está presente em reações químicas em células a combustível, baterias, e células humanas. Os cientistas têm se esforçado para entender como as moléculas de água que se agrupam em torno dos íons influenciam as reações. O desafio? Os modelos computacionais tradicionais geralmente contêm muitas informações para revelar os recursos desejados. Uma equipe de teóricos projetou um simples, método elegante que mostra como a água se move em torno de pares de íons e influencia se eles se unem ou ficam separados. Para desenvolver a teoria para pares de íons, a equipe explorou a distância entre os íons e o número de moléculas de água em torno do íon individual ou do par de íons.
Aplicando a abordagem, a equipe revelou que a dissociação de íons ocorre em dois estágios. Primeiro, há um aumento no número de moléculas de água em torno de cada íon. Segundo, os íons se separam. Para que os íons se juntem, as moléculas de água devem sair do caminho. O movimento da água é o crítico, etapa de limitação de taxa. A estrutura da equipe baseia-se na teoria de Marcus, originalmente projetado para calcular a velocidade de transferência de elétrons entre moléculas em soluções e posteriormente estendido para outras transformações. O método da equipe oferece uma melhor compreensão dos pares de íons que permitirá aos pesquisadores controlar e ajustar a estrutura, função, e dinâmica de pares de íons em diferentes sistemas, das interações das proteínas com o DNA ao movimento dos íons em baterias.
