Используя уникальную установку DESIREE, исследователи из Стокгольмского университета и Еврейского университета в Иерусалиме впервые смогли непосредственно визуализировать нейтральные продукты взаимной нейтрализации гидроксония и гидроксида и сообщить о трех различных каналах продуктов: два канала были отнесены к преобладающий механизм переноса электрона, а меньший канал был связан с переносом протона.

Эксперимент по двухлучевому столкновению является важным шагом на пути к пониманию квантовой динамики этой фундаментальной реакции. Их выводы опубликованы в журнале Science .

Взаимная нейтрализация (МН) катиона гидроксония H 3 O + и гидроксид-аниона OH – с образованием нейтральных молекул воды является одним из наиболее основных химических процессов, в которых МН происходит за счет переноса протона (ПТ) между гидроксонием и гидроксид-ионами. и обратная реакция автоионизации воды, поскольку она определяет pH чистой воды.

Этот процесс вызвал значительный интерес, но прямое экспериментальное исследование механизмов, лежащих в основе реакции, отсутствовало. Реализовав взаимодействие в слитых пучках двух видов ионов с почти нулевой относительной скоростью, исследователи смогли напрямую визуализировать нейтральные продукты этих реакций и наблюдать три различных канала продуктов.

Два канала связаны с преобладающим механизмом переноса электрона, а канал меньшего размера связан с переносом протона. Эксперимент по двухлучевому столкновению является важным шагом на пути к пониманию квантовой динамики этой фундаментальной реакции.

Группа ученых под руководством профессора Даниэля Штрассера из Еврейского университета в Израиле объединилась с командой под руководством доктора Ричарда Томаса из Стокгольмского университета для исследования этой реакции с помощью установки DESIREE. Здесь ионы гидроксония и гидроксида создаются независимо, подготавливаются и взаимодействуют контролируемым образом без вмешательства других близлежащих молекул.

Затем реакцию взаимной нейтрализации измеряют путем обнаружения совпадений отдельных нейтральных продуктов. В жидкой воде перенос протона является единственным механизмом реакции, тогда как в изолированной системе перенос электрона доминирует, а перенос протона является второстепенным каналом, но все же может быть идентифицирован в DESIREE.

«Очень интересно иметь возможность напрямую наблюдать конкуренцию между механизмами переноса электронов и протонов в этой реакции», — сказал Штрассер. Сообщается, что внутреннее возбуждение продукта с разрешением по механизму, а также зависимость энергии столкновения и начальной температуры ионов обеспечивают эталон для моделирования механизмов переноса заряда в различных средах, содержащих «ионы воды».

«Это фантастика, что мы можем использовать подход «снизу вверх» для решения одной из самых сложных задач физической химии», — сказал Ричард Томас. «Мы с нетерпением ожидаем постепенного усложнения эксперимента, добавляя по одной молекуле воды за раз и изучая эффект от этого, поскольку в какой-то момент перенос электронов должен уменьшиться настолько, что канал переноса протонов полностью доминирует, и мы хотели бы узнать, когда это произойдет».

«Установка DESIREE была в значительной степени мотивирована возможностью изучения взаимной нейтрализации молекулярных ионов, и это важная веха для установки, открывающая ряд возможностей для будущих исследований пользователями DESIREE», — сказал профессор Хеннинг Шмидт, директор объект DESIREE и соавтор статьи.