La neutralisation mutuelle de l'hydronium et de l'hydroxyde


Grâce à l'installation unique DESIREE, des chercheurs de l'Université de Stockholm et de l'Université hébraïque de Jérusalem ont pu pour la première fois visualiser directement les produits neutres de la neutralisation mutuelle de l'hydronium et de l'hydroxyde, et signaler trois canaux de produits différents : deux canaux ont été attribués à un mécanisme de transfert d'électrons prédominant et un canal plus petit était associé au transfert de protons. L’expérience de collision à deux faisceaux constitue une étape importante vers la compréhension de la dynamique quantique de cette réaction fondamentale. Leurs conclusions sont publiées dans la revue Science.

La neutralisation mutuelle (MN) du cation hydronium, H3Ô+et l'anion hydroxyde, OH¯ La formation de molécules d'eau neutres est l'un des processus chimiques les plus fondamentaux, où le MN par transfert de protons (PT) entre les ions hydronium et hydroxyde et la réaction inverse d'autoionisation de l'eau, car celle-ci régit le pH de l'eau pure. Ce processus a suscité un intérêt considérable, mais il manque des études expérimentales directes sur les mécanismes réactionnels sous-jacents. En réalisant l'interaction dans des faisceaux fusionnés de deux espèces ioniques avec une vitesse relative proche de zéro, nous avons pu visualiser directement les produits neutres de ces réactions et observer trois canaux de produits différents. Deux canaux sont attribués à un mécanisme de transfert d'électrons prédominant, et un canal plus petit est associé au transfert de protons. L’expérience de collision à deux faisceaux constitue une étape importante vers la compréhension de la dynamique quantique de cette réaction fondamentale.

Une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Daniel Strasser de l'Université hébraïque d'Israël s'est jointe à une équipe dirigée par le Dr Richard Thomas de l'Université de Stockholm pour étudier cette réaction à l'aide de l'installation DESIREE. Ici, les ions hydronium et hydroxyde sont créés indépendamment, préparés et autorisés à interagir de manière contrôlée sans que d’autres molécules proches n’interfèrent. La réaction de neutralisation mutuelle est ensuite mesurée par détection par coïncidence des produits neutres individuels. Dans l'eau liquide, le transfert de protons est le seul mécanisme de réaction, tandis que, dans le système isolé, le transfert d'électrons domine et le transfert de protons est un canal mineur, mais pourrait encore être identifié dans DESIREE. « C'est passionnant de pouvoir observer directement la compétition entre les mécanismes de transfert d'électrons et de protons dans cette réaction », a déclaré Daniel Strasser. L'excitation du produit interne résolue par le mécanisme, ainsi que la dépendance à l'énergie de collision et à la température initiale des ions, fournissent une référence pour la modélisation des mécanismes de transfert de charge dans différents environnements contenant des « ions d'eau ».

« C'est fantastique que nous puissions adopter une approche ascendante pour relever l'un des défis les plus difficiles de la chimie physique », a déclaré Richard Thomas. « Nous sommes impatients d'ajouter lentement de la complexité à l'expérience, en ajoutant une molécule d'eau à la fois, et en étudiant l'effet de cela, car, à un moment donné, le transfert d'électrons doit diminuer de telle sorte que le canal de transfert de protons domine complètement, et nous aimerions savoir quand cela se produira.

« L'installation DESIREE était dans une large mesure motivée par la capacité d'étudier la neutralisation mutuelle des ions moléculaires, et il s'agit d'une étape importante pour l'installation, ouvrant un certain nombre de possibilités pour des études futures par les utilisateurs de DESIREE », a déclaré le professeur Henning Schmidt, directeur de l'installation. Installation DESIREE et co-auteur de l’article.

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