Observando las etapas primarias de la disolución de iones en gotas de helio

Área de la Ciencia:

• Química Física
• Física atómica
• Física de la materia condensada

Sus antecedentes:

• La solvación es fundamental en la ciencia, entendida macroscópicamente a través de la termodinámica y la cinética.
• La disolución a nivel atómico implica la atracción de moléculas/átomos de disolventes hacia iones/moléculas de soluto.
• La observación en tiempo real de estos pasos de solución primarios ha sido un desafío significativo.

Objetivo del estudio:

• Para observar y cuantificar la dinámica en tiempo real de la solución atómica.
• Para investigar el proceso de unión de los átomos de disolvente a un ion en la escala de tiempo picosegundo.
• Para comparar los modelos teóricos de la solución iónica con los datos experimentales.

Principales métodos:

• Generación de un solo ion de sodio en la superficie de una nanogota de helio líquido.
• Medida con resolución de tiempo de la adhesión sucesiva de átomos de disolvente al ion.
• Utilizando nanopartículas de helio líquido como un entorno de disolvente único para estudios de solvación iónica.

Principales resultados:

• La dinámica de unión de los primeros cinco átomos de helio al ion sodio siguió un proceso poissoniano.
• Se determinó una velocidad de unión de 2,0 átomos de helio por picosegundo para los pasos iniciales de solvatación.
• Aproximadamente la mitad de la energía de solvatación total se disipó en cuatro picosegundos.

Conclusiones:

• El estudio proporciona la primera observación en tiempo real de la dinámica de solución a nivel atómico.
• Los resultados experimentales se alinean con las simulaciones de la teoría funcional de la densidad dependiente del tiempo.
• El método desarrollado facilita la comparación de modelos teóricos de solvación y el estudio de la formación de complejos catión-molécula.