Uma demonstração de imagens em espaço real de algumas das formas mais representativas de prótons hidratados
O modelo esquemático de prótons solvatados em água de monocamada. Azul:prótons solvatados do tipo Zundel; Vermelho:moléculas de água; Amarelo:substrato de ouro. Crédito:Ying Jiang, Universidade de Pequim
Uma equipe de pesquisadores com membros afiliados a várias instituições na China demonstrou imagens em espaço real de algumas das formas mais representativas de prótons hidratados. Em seu artigo publicado na revista
Science , o grupo descreve a modificação de seu microscópio de força atômica não intrusivo (AFM) qPlus para melhorar a detecção e a geração de imagens. Eles o usaram para estudar prótons hidratados em água colocados em diferentes materiais metálicos. Yoshiaka Sugimoto, da Universidade de Tóquio, publicou um artigo da Perspectives na mesma edição da revista descrevendo o trabalho realizado pela equipe.
Conforme observado por Sugimoto, os químicos acharam um desafio obter as informações desejadas sobre a localização e a dinâmica dos prótons durante a molhagem – o processo pelo qual os líquidos são absorvidos em superfícies sólidas. Neste novo esforço, os pesquisadores desenvolveram um método para fazer isso que envolve o uso de um AFM modificado.
AFMs são microscópios que podem ser usados para escanear a superfície de materiais no nível atômico. Uma molécula desejada é afixada na ponta de uma sonda que é então movida para muito perto de um material em estudo. À medida que a ponta se aproxima, os sensores monitoram as forças do material à medida que agem na molécula.
Em seu trabalho, os pesquisadores modificaram seu microscópio para estudar um material específico sob condições específicas – neste caso, uma camada de uma única molécula de água em uma superfície de metal. Em seus experimentos, a água serviu como uma superfície sólida molhada com água. Pesquisas anteriores mostraram que, em tais condições, a água se comportará como gelo, o que significa que seguirá as regras de Bernal-Fowler, formando uma estrutura de rede com ligações de hidrogênio.
Ao usar seu AFM modificado, os pesquisadores foram capazes de demonstrar imagens em espaço real de duas formas comuns de prótons hidratados; Cátions de Eigen e Zundel. Eles também foram capazes de observar defeitos D e L. Os pesquisadores também foram capazes de observar interconversões de Eigen-Zundel acopladas envolvidas na transferência de prótons, que, eles observam, podem desempenhar um papel ainda a ser entendido nos processos eletroquímicos.
A animação do processo de interconversão entre um cátion Zundel e dois cátions Eigen, acompanhado de transferência simultânea de prótons entre a camada de água e o ouro substrato. Crédito:Ying Jiang, Universidade de Pequim + Explorar mais Observando prótons únicos se movendo em interfaces água-sólidas
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