Usando a instalação exclusiva DESIREE, pesquisadores da Universidade de Estocolmo e da Universidade Hebraica de Jerusalém conseguiram, pela primeira vez, visualizar diretamente os produtos neutros da neutralização mútua de hidrônio e hidróxido e relatar três canais de produtos diferentes:dois canais foram atribuídos a um mecanismo predominante de transferência de elétrons e um canal menor foi associado à transferência de prótons.



O experimento de colisão de dois feixes é um passo importante para a compreensão da dinâmica quântica desta reação fundamental. Suas descobertas foram publicadas na revista Science .

A neutralização mútua (MN) do cátion hidrônio, H₃ O ⁺ , e o ânion hidróxido, OH ^– formar moléculas de água neutras é um dos processos químicos mais básicos, onde o MN ocorre por transferência de prótons (PT) entre íons hidrônio e hidróxido e a reação reversa de autoionização da água, pois esta rege o pH da água pura.

Este processo atraiu um interesse considerável, mas faltam sondagens experimentais diretas dos mecanismos de reação subjacentes. Ao perceber a interação em feixes mesclados de duas espécies iônicas com velocidade relativa próxima de zero, os pesquisadores conseguiram visualizar diretamente os produtos neutros dessas reações e observar três canais de produtos diferentes.

Dois canais são atribuídos a um mecanismo predominante de transferência de elétrons, e um canal menor está associado à transferência de prótons. O experimento de colisão de dois feixes é um passo importante para a compreensão da dinâmica quântica desta reação fundamental.

Uma equipe de cientistas liderada pelo Prof. Daniel Strasser da Universidade Hebraica de Israel juntou-se a uma equipe liderada pelo Dr. Richard Thomas da Universidade de Estocolmo, para investigar esta reação usando a instalação DESIREE. Aqui, os íons hidrônio e hidróxido são criados independentemente, preparados e permitidos interagir de maneira controlada, sem a interferência de outras moléculas próximas.

A reação de neutralização mútua é então medida pela detecção de coincidência dos produtos neutros individuais. Na água líquida, a transferência de prótons é o único mecanismo de reação, enquanto, no sistema isolado, a transferência de elétrons domina e a transferência de prótons é um canal menor, mas ainda pode ser identificado em DESIREE.

“É emocionante poder observar diretamente a competição entre os mecanismos de transferência de elétrons e prótons nesta reação”, disse Strasser. A excitação do produto interno resolvida pelo mecanismo relatada, bem como a energia de colisão e a dependência inicial da temperatura do íon fornecem uma referência para modelar mecanismos de transferência de carga em diferentes ambientes contendo "íons de água".

"É fantástico podermos adotar uma abordagem de baixo para cima para enfrentar um dos desafios mais difíceis da físico-química", disse Richard Thomas. "Esperamos adicionar lentamente complexidade ao experimento, adicionando uma molécula de água por vez, e estudando o efeito disso, já que, em algum ponto, a transferência de elétrons deve diminuir de tal forma que o canal de transferência de prótons domine completamente, e gostaríamos de saber quando isso acontecerá."

"A instalação DESIREE foi em grande parte motivada pela capacidade de estudar a neutralização mútua de íons moleculares, e este é um marco para a instalação, abrindo uma série de possibilidades para estudos futuros por usuários do DESIREE", disse o Prof. Henning Schmidt, diretor de a instalação DESIREE e co-autor do artigo.

Mais informações: Alon Bogot et al, A neutralização mútua de hidrônio e hidróxido, Ciência (2024). DOI:10.1126/science.adk1950
Fornecido pela Universidade Hebraica de Jerusalém