Vandoverfladen er et fantastisk sted for kemiske reaktioner

Ved at bruge en avanceret teknik, forskere fra RIKEN-klyngen for banebrydende forskning har påvist, at en kemisk reaktion drevet af lys finder sted ti tusinde gange hurtigere ved luft-vand-grænsefladen - det vi normalt kalder vandoverfladen - end i hovedparten af ​​vandet, selv når lyset har tilsvarende energi. Dette fund kunne hjælpe vores forståelse af de mange vigtige kemiske og biologiske processer, der finder sted ved vandoverfladen.

Vand er den vigtigste væske i naturen, og forskning har vist, at der faktisk er noget særligt ved grænsefladen. Af årsager, der ikke var godt forstået, det ser ud til, at nogle kemiske reaktioner let finder sted, når molekylerne er delvist i vandet, men ikke når de er helt opløst.

Et problem, der hæmmer forståelsen, er, at det ikke er godt forstået, hvordan kemiske reaktioner faktisk forløber ved grænsefladen. For at undersøge dette, RIKEN-gruppen brugte en avanceret teknik kaldet ultrahurtig fasefølsom grænsefladeselektiv vibrationsspektroskopi. Det er en mundfuld, men i bund og grund betyder det, at du kan få en højhastighedsfilm af de mellemliggende molekyler, der skabes, når en kemisk reaktion finder sted ved en grænseflade. I dette tilfælde, "høj hastighed" betyder omkring hundrede femtosekunder, eller mindre end en billiontedel af et sekund.

Ved hjælp af metoden, de analyserede fotoioniseringen af ​​phenol, en reaktion, der er blevet grundigt undersøgt i bulkvand, ved hjælp af tilsvarende højhastighedsimpulser af ultraviolet lys. Forsøgene viste, at den samme reaktion fandt sted ved grænsefladen, men at på grund af forskelle i forholdene der, reaktionen foregik cirka ti tusind gange hurtigere.

Ifølge Satoshi Nihonyanagi, en af ​​forfatterne til undersøgelsen, udgivet i Naturkemi , "Det var spændende at opdage, at reaktionshastigheden for phenol er så fænomenalt anderledes, men derudover vores metode til direkte observation af kemiske reaktioner ved vandoverfladen i realtid kunne også anvendes på andre reaktioner, og kunne hjælpe os med at få en bedre forståelse af, hvordan reaktioner forløber i dette specielle miljø."

Ifølge Tahei Tahara, lederen af ​​forskningsgruppen, "Det faktum, at der er en 10, 000 gange forskel i reaktionshastigheden af ​​et basisk organisk molekyle såsom phenol mellem bulkvandet og vandoverfladen er også meget vigtig for katalytisk kemi, studieretningen, der har til formål at fremme og kontrollere kemiske reaktioner. Ud over, vand i naturen eksisterer som havvand, som har bobler og aerosoler, har således et stort overfladeareal. Vores arbejde kunne hjælpe os med at forstå, hvordan molekyler adsorberes på vandoverfladen, fører til kemiske reaktioner, der har en enorm indvirkning på det globale miljø."