Het grensvlak tussen gassen en vloeistoffen is overal in de natuur te vinden. Het is ook belangrijk voor veel industriële processen. Om het begrip van de gas-vloeistof-interface te verbeteren, hebben onderzoekers een apparaat ontwikkeld om reacties tussen gasmoleculen en zeer vluchtige vloeistoffen met nieuwe detailniveaus te bestuderen. Het maakt gebruik van een moleculaire bundel die op een vlak vloeistofoppervlak wordt gericht. Wanneer de bundel verstrooit, verzamelt een detector gegevens over de snelheid, richting en massa van moleculen in de verstrooide bundel. Hierdoor kunnen onderzoekers de veranderingen afleiden die verband houden met de interactie van gas en vloeistof. Om de haalbaarheid van deze nieuwe aanpak te evalueren, bestudeerden de onderzoekers de interactie tussen het edelgas neon en vloeibaar dodecaan.

Het grensvlak tussen de gas- en vloeistoffase is een unieke chemische omgeving. Het is belangrijk om de chemische reacties in de atmosfeer van de aarde te begrijpen en te begrijpen hoe koolstof tussen de lucht en het zeeoppervlak beweegt. In industriële omgevingen beïnvloedt deze interface hoe lucht en brandstof zich mengen in verbrandingsmotoren en andere toepassingen. Het nieuwe verstrooiingsapparaat met platte straal opent nieuwe mogelijkheden voor gas-vloeistof-interfacestudies van vluchtige vloeistoffen. Wetenschappers kunnen nu reacties van moleculen op het vloeibare wateroppervlak bestuderen met een resolutie op moleculair niveau. De onderzoekers zijn van plan deze methode te gebruiken om de vorming van zure regen en moleculen die verband houden met luchtvervuiling te bestuderen.

Dit onderzoek rapporteert de eerste resultaten van een nieuw ontworpen vlakstraalverstrooiingsapparaat. De onderzoekers, waaronder wetenschappers van de University of California, Berkeley; Lawrence Berkeley Nationaal Laboratorium; het Fritz Haber Instituut van de Max Planck Society; het Leibniz Instituut voor Oppervlaktetechniek; en de Universiteit van Leipzig, hebben de haalbaarheid van het apparaat aangetoond door het neon-vloeibare dodecaanverstrooiingssysteem te bestuderen. Ze begonnen met het meten van de moleculaire verdamping van een met neon gedoteerde dodecaan vlakke straal. Uit het onderzoek bleek dat verdamping een hoekverdeling volgt die het best wordt benaderd door een cosinusfunctie voor zowel neon- als dodecaanmoleculen. Ook volgt de snelheidsverdeling van de uitgaande neonmoleculen een Maxwell-Boltzmann-verdeling bij de vloeistoftemperatuur. Dit duidt op een ongestoorde verdamping van neon. De onderzoekers gebruikten daarom neonatomen om de verstrooiingsdynamiek aan het vloeibare dodecaanoppervlak te onderzoeken.

In de verstrooiingsexperimenten observeerde het team twee hoofdmechanismen:impulsieve verstrooiing (IS) en thermische desorptie (TD). In TD, molecules impinging on the surface fully thermalize with the liquid and subsequently desorb. This mechanism has a fingerprint already known from the evaporation studies. For IS, however, information about the initial beam energy and direction is partially conserved. The research exploited this condition to quantify the translational energy transfer from neon to the liquid. They showed that the nature of the energy transfer can be modeled with a soft‑sphere kinematic model. This model enabled them to estimate the effective surface mass of dodecane to be 60 amu, which is much smaller than a single dodecane molecule (170 amu), thereby indicating that only part of a dodecane molecule contributes to the interaction at the collision timescale. The team's next steps include conducting experiments related to protic/aprotic molecular scattering off dodecane and reactive scattering from water. + Verder verkennen

Imaging chemical kinetics at liquid-liquid interfaces