Um novo estudo fornece novos insights sobre a química ácido-base tradicional ao revelar que a neutralização mútua de íons hidrônio (H 3 O) e hidróxido (OH) isolados é conduzida pela transferência de elétrons em vez da transferência de prótons esperada na água líquida a granel.

Usando íons de água deuterados e imagens de coincidência 3D avançadas dos produtos neutros, os pesquisadores encontraram dois mecanismos de transferência de elétrons que produzem radicais hidroxila (OH), que são cruciais na química atmosférica. Essas descobertas remodelam nossa compreensão da dinâmica fundamental da reação e ajudam a explicar a descoberta surpreendente de altas concentrações de OH e H 2 O 2 em superfícies de microgotas de água.

Esta descoberta é significativa porque os radicais OH desempenham um papel fundamental na qualidade do ar, na ciência do clima e até mesmo nos processos bioquímicos do corpo humano. Ao descobrir caminhos de reações químicas inesperados, o estudo pode influenciar pesquisas futuras sobre química do meio planetário e interestelar, bem como controle de poluição e aplicações médicas.

O novo estudo foi liderado pelo Prof. Daniel Strasser do Instituto de Química da Universidade Hebraica em colaboração com o Dr. Richard Thomas da Universidade de Estocolmo e com o Prof. Henning Schmidt, diretor da unidade DESIREE, e foi publicado na Nature Chemistry .

O estudo revelou insights críticos sobre uma das reações químicas mais fundamentais: a neutralização mútua de íons hidrônio (H 3 O) e hidróxido (OH?). Essa reação, essencial para a química ácido-base, é tipicamente entendida como produzindo duas moléculas de água (H 2 O). No entanto, a nova evidência experimental demonstra que mecanismos de transferência de elétrons, em vez de uma via de transferência de prótons, dominam essa reação no sistema isolado, levando à formação eficiente de radicais hidroxila (OH).

"Os mecanismos de transferência de elétrons que descobrimos sugerem vários caminhos para a formação espontânea de OH em condições de baixa temperatura, sem um catalisador ou uma fonte de energia externa", disse o Prof. Strasser. "Nosso trabalho oferece novos insights não apenas sobre o mecanismo quântico da dinâmica de transferência de elétrons na química ácido-base, mas também sobre processos mais amplos, como a química atmosférica, onde os radicais OH desempenham um papel essencial."

Uma equipe conjunta de pesquisadores da Universidade Hebraica de Jerusalém e da Universidade de Estocolmo registrou os produtos neutros de reações de neutralização individuais na instalação única DESIREE na Universidade de Estocolmo. O avanço experimental foi possível pela análise detalhada de padrões de produtos coincidentes de uma única reação por vez, afetando um detector sensível a tempo e posição.

Este estudo segue a pesquisa anterior da equipe publicada na Science , onde eles observaram pela primeira vez os produtos de transferência de elétrons e de prótons . Neste último trabalho, eles foram capazes de registrar a distância na qual um elétron salta de OH para H 3 O e correlacioná-la ao resultado da reação. A transferência de elétrons a uma curta distância de ~4Å foi observada resultando em produtos OH + H 2 O + H, enquanto a transferência através de uma distância maior de ~9Å foi observada produzindo dois radicais OH e um hidrogênio molecular H 2 .

"É emocionante visualizar experimentalmente os mecanismos que ajudam a explicar a formação espontânea recentemente relatada de radicais OH (e subsequentemente de peróxido de hidrogênio) na superfície de microgotículas de água pura — uma observação que pode mudar fundamentalmente a maneira como pensamos sobre a química atmosférica", diz o Dr. Thomas, que liderou a equipe de Estocolmo.

Processos não adiabáticos são onipresentes na química. Eles desempenham um papel fundamental em reações de fotoquímica, ionização e recombinação, onde estados eletrônicos transitam rapidamente por mecanismos como interseções cônicas ou cruzamentos intersistêmicos. No entanto, a modelagem teórica e a previsão de reações não adiabáticas ainda são um desafio para a química quântica.

"Fornecer evidências experimentais detalhadas aumentará nossa capacidade de validar e ajustar a modelagem teórica", diz o Prof. Henning Schmidt, diretor da instalação DESIREE.

Este estudo abre caminho para investigações futuras sobre dinâmicas de reações não adiabáticas em outros sistemas químicos fundamentais. As descobertas têm implicações profundas para nossa compreensão da química atmosférica, onde os radicais OH desempenham um papel fundamental nos processos de oxidação, e para modelar reações químicas em ambientes extremos, como o espaço interestelar.

Além disso, os novos insights sobre a formação espontânea de H 2 O 2 em superfícies de microgotículas de água podem impactar estudos sobre química atmosférica, ciência ambiental e até mesmo pesquisas biomédicas.