Une nouvelle étude fournit de nouveaux informations sur la chimie traditionnelle acide-base en révélant que la neutralisation mutuelle de l'hydronium isolé (H3O⁺) et les ions hydroxyde (OH⁻) sont entraînés par le transfert d'électrons plutôt que par le transfert de protons attendu dans l'eau liquide en vrac.
En utilisant des ions d'eau deutérate et une image de coïncidence 3D avancée des produits neutres, les chercheurs ont trouvé deux mécanismes de transfert d'électrons qui produisent des radicaux hydroxyle (OH), qui sont cruciaux dans la chimie atmosphérique. Ces résultats remodèle notre compréhension de la dynamique de la réaction fondamentale et aident à expliquer la découverte surprenante de High OH et H2O2 Concentrations aux surfaces des microdroplettes d'eau.
Cette découverte est importante car les radicaux OH jouent un rôle clé dans la qualité de l'air, la science du climat et même les processus biochimiques dans le corps humain. En découvrant des voies de réaction chimique inattendues, l'étude pourrait influencer les recherches futures sur la chimie du milieu planétaire et interstellaire, ainsi que sur le contrôle de la pollution et les applications médicales.
La nouvelle étude était dirigée par le professeur Daniel Strasser de l'Institut de chimie de l'Université Hebrew en collaboration avec le Dr Richard Thomas de l'Université de Stockholm et avec le professeur Henning Schmidt, directeur des installations de Desiree, et a été publié dans Chimie de la nature.
L'étude a dévoilé des informations critiques sur l'une des réactions chimiques les plus fondamentales: la neutralisation mutuelle de l'hydronium (H3O⁺) et ions hydroxyde (oh⁻). Cette réaction, essentielle à la chimie acide-base, est généralement supposée donner deux molécules d'eau (H2O). Cependant, les nouvelles preuves expérimentales démontrent que les mécanismes de transfert d'électrons, plutôt qu'une voie de transfert de protons, dominent cette réaction dans le système isolé, conduisant à une formation efficace de radicaux hydroxyle (OH).
« Les mécanismes de transfert d'électrons que nous avons découverts suggèrent plusieurs voies pour la formation d'OH spontanée dans des conditions à basse température, sans catalyseur ou source d'énergie externe », a déclaré le professeur Strasser. « Notre travail offre de nouvelles perspectives non seulement sur le mécanisme quantique de la dynamique du transfert d'électrons dans la chimie acide-base, mais aussi dans des processus plus larges comme la chimie atmosphérique, où les radicaux OH jouent un rôle essentiel. »
Une équipe conjointe de chercheurs de l'Université hébraïque de Jérusalem et de l'Université de Stockholm a enregistré les produits neutres des réactions de neutralisation individuelles dans les installations uniques de Desiree à l'Université de Stockholm. La percée expérimentale a été rendue possible par une analyse détaillée des modèles de produits coïncidents à partir d'une seule réaction à la fois, entraînant un détecteur de temps et de position sensible.
Cette étude suit les recherches précédentes de l'équipe publiées dans Scienceoù ils ont d'abord observé les produits de transfert d'électrons et de transfert de protons. Dans ce dernier travail, ils ont pu enregistrer la distance à laquelle un électron saute d'Oh⁻ à H3O⁺ et le corréler au résultat de la réaction. Il a été observé que le transfert d'électrons à une courte distance de ~ 4Å entraîne OH + H2Les produits O + H, tandis que le transfert sur une distance de ~ 9Å plus grande a été observé pour produire deux radicaux OH et un H moléculaire2 hydrogène.
« Il est passionnant de visualiser expérimentalement les mécanismes qui aident à expliquer la formation spontanée récemment rapportée de radicaux OH (et par la suite du peroxyde d'hydrogène) à la surface des microdroplets en eau pure – une observation qui pourrait changer fondamentalement la façon dont nous pensons à la chimie atmosphérique », explique le Dr Thomas, qui a dirigé l'équipe de Stockholm.
Signification de la dynamique non adiabatique
Les processus non adiabatiques sont omniprésents en chimie. Ils jouent un rôle clé dans les réactions de photochimie, d'ionisation et de recombinaison, où les états électroniques transitent rapidement à travers des mécanismes tels que les intersections coniques ou les traversées intersystèmes. Néanmoins, la modélisation théorique et la prédiction des réactions non adiabatiques sont toujours un défi pour la chimie quantique.
« La fourniture de preuves expérimentales détaillées améliorera notre capacité à valider et à affiner la modélisation théorique », explique le professeur Henning Schmidt, directeur de l'installation de Desiree.
Cette étude ouvre la voie à des investigations plus approfondies sur la dynamique de réaction non adiabatique dans d'autres systèmes chimiques fondamentaux. Les résultats ont des implications profondes pour notre compréhension de la chimie atmosphérique, où les radicaux OH jouent un rôle clé dans les processus d'oxydation et pour la modélisation des réactions chimiques dans des environnements extrêmes tels que l'espace interstellaire.
De plus, les nouvelles perspectives sur le H spontané2O2 La formation sur les surfaces des microdroplettes pourrait avoir un impact sur des études sur la chimie atmosphérique, les sciences de l'environnement et même la recherche biomédicale.
