_ Picăturile de heliu captează structura dublă a apei

O structură evazivă care implică două molecule de apă, care fusese prezisă, dar niciodată observată, a fost izolată de chimiștii RIKEN. Această descoperire ar putea avea implicații pentru o gamă largă de domenii, de la astrochimie la coroziunea metalelor. Lucrarea este publicată în The Journal of Physical Chemistry Letters.

O particulă energetică sau un foton poate elimina un electron dintr-o moleculă de apă, creând un ion pozitiv (cation; H2O+) și un electron. Această ionizare a apei poate declanșa o cascadă de alte reacții cu moleculele din apropiere.

Ionizarea apei joacă un rol important în procesele biologice și chimia radiațiilor, precum și promovează coroziunea la interfețele dintre apă și metale. Cum se efectuează ionizarea apei este, prin urmare, o întrebare critică pentru chimiștii fizici.

Calculele prevăd că, în urma ionizării unei molecule de apă, doi izomeri ai unui ion încărcat pozitiv ai unui dimer de apă - două molecule de apă conectate slab printr-o legătură slabă — se va forma rapid. Un izomer (H3O+·OH) a fost observat și se formează atunci când un proton este transferat de la o moleculă de apă la alta.

Călalt izomer are o structură cu semilegatură (sau semilegată) (H2O·OH2) +, dar nu a fost niciodată izolat sau confirmat prin măsurători spectroscopice. Calculele sugerează că are o energie mai mare decât dimerul de transfer de protoni.

Acum, Susumu Kuma de la Laboratorul de fizică atomică, moleculară și optică RIKEN și colegii săi au izolat ambii ioni de dimer de apă prin capcana lor. în picături minuscule de heliu rece. Ei au folosit, de asemenea, spectroscopie în infraroșu pentru a-și determina structurile.

Kuma și colegii de muncă au folosit un mediu ultrarece pentru a produce izomerii. Moleculele de apă din picăturile de heliu s-au răcit rapid pe măsură ce atomii de heliu s-au evaporat de pe suprafața picăturii. Acest proces a format izomerul hemibonded metastabil datorită stabilizării sale foarte rapide în picăturile reci.

Kuma și echipa sa au testat apoi coexistența celor doi izomeri folosind metode computaționale și spectroscopice. Semnăturile spectroscopice ale ionilor moleculari au fost aproape identice cu cele ale ionilor nu, fără heliu să-i înconjoare. „Această descoperire indică faptul că putem compara direct măsurătorile ionilor nu cu rezultatele calculelor chimice cuantice”, spune Kuma. „Acest lucru facilitează foarte mult analiza structurală a dimerilor.”

Descoperirea va ajuta la generarea unor studii suplimentare în acest domeniu, prezice Kuma. „Descoperirea cationilor de apă hemilegați va promova studii ulterioare ale evenimentelor primare care sunt importante pentru înțelegerea chimiei radiațiilor a apei”, spune el.

Echipa lui Kuma intenționează să caute alte structuri care trebuie încă să fie observat. „Plănuim să extindem dimensiunea cationilor complexului de apă din picăturile de heliu”, spune Kuma. „Ne așteptăm să găsim structuri chimice neobservate anterior, dar importante, în spectre.”

(Fluierul)