Solvatação átomo por átomo registrada pela primeira vez
uma , O ponto de partida para as medições:uma nanogotícula de He dopada com um átomo de Xe no interior e um átomo de Na na superfície. b , A gota He imediatamente após o pulso da bomba de femtosegundo, chegando no tempo t = 0, criou um Na
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íon por ionização do átomo de Na e, assim, iniciou o processo de solvatação de íons. c , Os átomos de He são atraídos pelo Na
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íon e gradualmente se liga. d , O pulso da sonda ioniza o átomo Xe no tempo t . e , A força eletrostática repulsiva entre Xe
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e Na
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leva à ejeção deste último da gota junto com o número de átomos de He que se ligaram ao Na
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. Aqui N = 7 é usado como exemplo. e , Existem dois resultados alternativos do sistema:o Na
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Ele7 complexo tem energia interna baixa o suficiente para permanecer ligado (esquerda) ou o Na
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Ele7 O complexo tem tanta energia interna que libera um átomo de He após deixar a gota (direita). O Na
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resultante Ele7 ou Na
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Ele6 complexo é direcionado a um detector e fornece informações sobre o grau de solvatação no tempo t . Crédito:Natureza (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06593-5 Uma equipe de químicos e físicos da Universidade de Aarhus, na Dinamarca, trabalhando com um colega da Universitat de Barcelona, na Espanha, registrou pela primeira vez a solvatação átomo por átomo. Em seu estudo, publicado na revista Nature , o grupo projetou um processo para manipular átomos de sódio e xenônio com uma gota de hélio em temperaturas muito baixas para capturar o que descrevem como instantâneos do processo de solvatação ao longo do tempo. Combinados, eles produzem um filme que retrata a ação. Um Research Briefing sobre o trabalho foi publicado na mesma edição da revista.
Solvatação é a dissolução de um soluto em um solvente – quando o sal se dissolve em água, por exemplo. A acção não pára só porque o soluto se dissolveu; em vez disso, os solventes continuam a interagir com o material que foi dissolvido.
Pesquisas anteriores mostraram que tais interações podem ser bastante complicadas, e é por isso que os químicos querem saber mais sobre o que acontece. Uma maneira de descobrir seria filmar a ação e reproduzi-la como um filme. No entanto, este conceito simples provou ser excepcionalmente difícil – tão difícil que só recentemente foi realizado pela equipa na Dinamarca.
Para alcançar o feito, os investigadores começaram por prender um único átomo de xénon dentro de uma gota de hélio líquido que tinha sido arrefecida a -255°C e depois adicionar um único átomo de sódio à borda exterior da gota. Eles dispararam um pulso curto de um laser no átomo de sódio para convertê-lo em um íon carregado positivamente, desencadeando a solvatação – os átomos de hélio começaram a aderir ao íon sódio. Simulação TDDFT do Na
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processo de solvatação de íons. Vídeo à esquerda:evolução temporal da densidade do He em um plano de simetria. O ponto vermelho representa o Na
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íon. Vídeo à direita:a linha preta sólida mostra o perfil de densidade de gotículas em média esférica ao redor do íon (eixo vertical esquerdo). A linha vermelha tracejada mostra o número de átomos de He em função da distância ao íon (eixo vertical direito). Crédito:Natureza (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06593-5 A equipe então disparou outro pulso de laser, desta vez no átomo de xenônio, transformando-o em um íon carregado positivamente. Os dois íons se repeliram a tal ponto que o íon sódio, com seus átomos de hélio anexados, foi empurrado para fora da gota e para um detector, o que permitiu a captura de um instantâneo do que estava ocorrendo.
Os pesquisadores então repetiram o processo, cada vez esperando mais para disparar o segundo pulso. Eles foram capazes de criar o que descrevem como instantâneos progressivos da ação. Então, depois de terem vários instantâneos sequenciais, eles os uniram para criar um filme que retratasse o processo de solvatação em ação.
Mais informações: Simon H. Albrechtsen et al, Observando as etapas primárias da solvatação de íons em gotículas de hélio, Natureza (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06593-5 Gotículas de hélio ajudam a visualizar o início da solvatação de íons, Natureza (2023). DOI:10.1038/d41586-023-02950-6
