La solvatación comienza después de que la sal se ha disuelto en agua.
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Por primera vez en el mundo, los investigadores han registrado exactamente cómo interactúan los disolventes con los materiales disueltos, un átomo a la vez.
Después de un soluto, como la sal, se disuelve en un solvente, como el agua, los dos interactúan de forma complicada. Sus interacciones constituyen solvatación (o hidratación si el disolvente es agua), pero lo que hace exactamente cada átomo de disolvente al inicio del proceso de solvatación ha eludido a los investigadores durante décadas.
Ahora, Henrik Stapelfeldt en la Universidad de Aarhaus en Dinamarca y sus colegas han registrado la solvatación átomo por átomo.
En lugar de agua, utilizaron un nanoscópico. gota de helio líquido enfriado a -255°C (-427°F) como disolvente y, en lugar de un grano de sal, utilizaron un átomo de sodio.
Los investigadores incrustaron un átomo de xenón en el centro de la gota de helio, mientras que el átomo de sodio se encontraba en su perímetro. Luego golpearon el átomo de sodio con un pulso ultracorto de un láser para convertirlo en un ion cargado positivamente, lo que inició la solvatación cuando los átomos de helio de la nanogota comenzaron a adherirse a ella, tal como las moléculas de agua rodean los iones de sodio de la sal de mesa una vez que mézclalo con agua.
Luego, los investigadores utilizaron un segundo pulso láser para convertir el átomo de xenón en un ion cargado positivamente. Los dos iones se repelieron con suficiente fuerza para que el ion sodio y todos los átomos de helio unidos a él salgan de la gota y lleguen a un detector. Al esperar cada vez más para usar el segundo pulso, el equipo pudo tomar “instantáneas” del proceso de solvatación a lo largo del tiempo y, en última instancia, combinarlas en una “película molecular” de átomos de helio adheridos al ion sodio uno por uno.
Stapelfeldt dice que la gota de helio es un “laboratorio nanométrico” excepcionalmente bien controlado y que las instantáneas habrían sido demasiado difíciles de cronometrar en un solvente como el agua, donde las reacciones ocurren más rápida y caóticamente. Las propiedades que midió su equipo (como la cantidad de energía liberada durante la solvatación o la probabilidad estadística de que un átomo de helio se una al ion después de un cierto período de tiempo) nunca se habían medido antes y pueden avanzar en modelos complejos de solvatación en mecánica cuántica.
También puede haber otras aplicaciones. “En el espacio exterior, hay moléculas y átomos exóticos en juego, y comprender cómo interactúan y se combinan es crucial para comprender la química del cosmos”, dice Davide Galli en la Universidad de Milán en Italia. “Estas pequeñas gotas proporcionan las condiciones perfectas para imitar las regiones frías y densas del medio interestelar”.
Observando reacciones químicas en el espaciocomo en frio granos de polvoactualmente no es práctico, por lo que los experimentos con nanogotas de helio presentan una oportunidad única de descubrimiento, afirma.
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