Поверхность воды — превосходная среда для химических реакций

Используя продвинутые методы, учёные из Кластера передовых исследований Института физико-химических исследований в Японии (RIKEN) продемонстрировали, что химические реакции, проходящие под воздействием света, идут в десять тысяч раз быстрее на границе воды и воздуха, которую мы обычно называем поверхностью воды, чем в толще воды, даже если свет имеет такую же силу. Это открытие может улучшить наше понимание многих химических и биологических процессов, происходящих на поверхности воды.

Вода — самая важная жидкость в природе, и новое исследование показало, что в её поверхности есть нечто особенное. По пока не очень понятным причинам, кажется, что некоторые химические реакции хорошо протекают, когда молекулы частично в воде, но не полностью растворены.

Одна из проблем, усложняющих это понимание, — это отсутствие ясности в том, как действительно протекают процессы на границе раздела фаз. Для исследования этого группа из RIKEN использовала метод под названием «ультра-быстрая фазочувствительная погранично-выборочная вибрационная спектроскопия». Это сложное название означает, что можно получить высокоскоростной фильм о промежуточных молекулах, которые создаются в ходе химической реакции на границе сред. В этом случае «высокоскоростная» означает примерно 100 фемтосекунд, что меньше одной триллионной доли секунды.

Используя этот метод, учёные проанализировали реакцию фотоионизации фенола, которая хорошо изучена в толще воды, при помощи эквивалентных высокоскоростных импульсов ультрафиолетового излучения. Эксперименты показали, что на границе раздела фаз реакция протекает в целом так же, но, из-за отличающихся условий, приблизительно в десять тысяч раз быстрее.

Сатоши Нихонянаги, один из авторов исследования, опубликованного в Nature Chemistry, рассказал: «Было удивительно обнаружить, что скорость реакции фенола будет настолько отличаться. Кроме того, наш метод прямого наблюдения химических реакций на поверхности воды в реальном времени можно также применить к другим реакциям, и это может помочь нам лучше понять, как протекают реакции в этой особой среде».

Тахеи Тахара, лидер исследовательской группы, сказал: «Факт 10000-кратного различия скорости реакции такой простой органической молекулы, как фенол, в толще воды и на её поверхности также очень важен для каталитической химии, области исследований, нацеленной на ускорение и контролирование химических реакций. Кроме того, природная вода, например, морская, содержит пузыри и аэрозоли, и потому имеет большую площадь поверхности. Наша работа поможет понять, как молекулы адсорбируются на поверхности воды и к каким реакциям это ведёт. Всё это имеет огромное значение для защиты окружающей среды».

_______________

Исследование — Ryoji Kusaka et al. The photochemical reaction of phenol becomes ultrafast at the air–water interface, Nature Chemistry (2021). DOI: 10.1038/s41557-020-00619-5

Источник — The water surface is a fantastic place for chemical reactions

Перевод Антон Меньшенин, редактор Вера Круз, автор блога Обзоры фильмов и книг Веры Круз.

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s