A interface entre gases e líquidos é encontrada em toda a natureza. Também é importante para muitos processos industriais. Para melhorar a compreensão da interface gás-líquido, os pesquisadores desenvolveram um aparato para estudar as reações entre moléculas de gás e líquidos altamente voláteis com novos níveis de detalhes. Ele usa um feixe molecular que é direcionado para uma superfície líquida plana. Quando o feixe se espalha, um detector coleta dados sobre a velocidade, direção e massa das moléculas no feixe espalhado. Isso permite que os pesquisadores deduzam as mudanças relacionadas à interação de gás e líquido. Para avaliar a viabilidade dessa nova abordagem, os pesquisadores estudaram a interação entre o gás nobre néon e o dodecano líquido.
A interface entre a fase gasosa e líquida é um ambiente químico único. É importante entender as reações químicas na atmosfera da Terra e como o carbono se move entre o ar e a superfície do mar. Em ambientes industriais, essa interface afeta como o ar e o combustível se misturam em motores de combustão interna e outras aplicações. O novo aparelho de espalhamento de jato plano abre novas oportunidades para estudos de interface gás-líquido de líquidos voláteis. Os cientistas agora podem estudar reações de moléculas na superfície da água líquida com resolução em nível molecular. Os pesquisadores planejam usar esse método para estudar a formação de chuva ácida e moléculas relacionadas à poluição do ar.

Esta pesquisa relata os primeiros resultados de um aparelho de dispersão de jato plano recém-projetado. Os pesquisadores, incluindo cientistas da Universidade da Califórnia, Berkeley; Laboratório Nacional Lawrence Berkeley; o Instituto Fritz Haber da Sociedade Max Planck; o Instituto Leibniz de Engenharia de Superfícies; e a Universidade de Leipzig, demonstraram a viabilidade do aparelho estudando o sistema de dispersão de dodecano líquido-neônio. Eles começaram medindo a evaporação molecular de um jato plano de dodecano dopado com neon. A pesquisa descobriu que a evaporação segue uma distribuição angular que é melhor aproximada por uma função cosseno para moléculas de neônio e dodecano. Além disso, a distribuição de velocidade das moléculas de neon que saem segue uma distribuição de Maxwell-Boltzmann na temperatura do líquido. Isso indica evaporação imperturbável de neon. Os pesquisadores, portanto, usaram átomos de néon para sondar a dinâmica de espalhamento na superfície do dodecano líquido.

Nos experimentos de espalhamento, a equipe observou dois mecanismos principais:espalhamento impulsivo (IS) e dessorção térmica (TD). No TD, as moléculas que colidem com a superfície termalizam totalmente com o líquido e, posteriormente, dessorvem. Este mecanismo tem uma impressão digital já conhecida a partir dos estudos de evaporação. 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. + Explorar mais

Imaging chemical kinetics at liquid-liquid interfaces