纳米人

液态水的辐射分解是水环境中高能辐射与物质相互作用的普遍现象。它在很多领域都具有根本性的重要性,包括水冷核反应堆,其中的放射性物质会导致腐蚀。生物体的重量中80%是水;因此,通过水的辐射分解来检测辐射诱导的基因组损伤是医疗、诊断甚至扩展人类太空飞行的基础。

南洋理工大学Z.-H.Loh、汉堡大学R.Santra、阿贡国家实验室L.Young等研究人员,介绍了一种超快X射线探针,使能够跟踪液态水电离后的初级化学反应,也就是H2O++H2O→OH+H3O+。实验和理论的结合实现了对这一可测光谱状态全新的洞察。当短寿命的H2O+阳离子和OH自由基的吸收线清楚地落在水吸收窗口上时,X射线很适合探测它们。

图1.液态水电离动力学的超快X射线激光探针。

要点1:液态水电离动力学的超快X射线激光探针

图1A中,从水的最外层价电子轨道(1b1)上移除去一个电子,从而产生一个新的转变态H2O+,这是在535ev的从1a1→4a1前边缘跃迁的红移,大致是由最高已占据分子轨道和最低未占据分子轨道(HOMO-LUMO)间隙ΔE造成的。与H2O+等电子的OH自由基附近有一个X射线吸收共振,而质子转移的另一个产物,H3O+,其共振峰落在水的强吸收区域(图1B)。

要点2:H2O++H2O→OH+H3O+反应的瞬态X射线吸收光谱

图2.H2O++H2O→OH+H3O+反应的瞬态X射线吸收光谱。

扫描入射X射线能量时,三个检测通道都出现了脉冲产生的价带空穴和多余电子的特征。图2A显示了来自分散荧光通道的数据,而图2B至D所示的为传输模式。图2A显示了电离前后的吸收情况(分别为Δt<0ps和Δt>100fs)。在负延时,吸收是液态水的,即水的价层/非价层的非共振电离加上边前跃迁。(饱和效应阻碍了对边前共振的清晰观察。)在正延时,两个新的明显的特征是:525.9eV的吸收共振和边前吸收向低能量的转移。新的吸收共振与在液态水的最外层价层上形成一个空穴是一致的。利用O1s内层(538.1eV)和1b1HOMO(11.2eV)液态水中的结合能,可以估算出对应的H2O+跃迁能为526.9eV。等电子OH在525.85eV处呈现气相吸收峰。

图2C,将在1.5到5.8ps之间通过平均ΔA得到的S2(E)分配给OH自由基。S2(E)匹配两个洛伦兹频率之和:主峰为525.97±0.08eV,边带为526.45±0.12eV,比主峰弱7倍左右。两个峰之间的0.48-eV能量间隔与核激发气相OH的振动级数0.53-eV间隔相吻合。这两个峰都有一个共同的FWHM(半最大值全宽/半峰宽),即0.48±0.02eV,比XFEL脉冲的0.1eV光谱带宽和0.147eV自然线宽大得多,这表明在溶剂环境中展宽不均匀。

要点3:X射线吸收光谱和轨迹分析的计算

图3.X射线吸收光谱和轨迹分析的计算。

小结

总之,该研究结果为离子液态水中活性强、寿命短的离子和中性自由基的基本动力学行为提供了理论依据。这种方法与以前的方法相比有几个优点,可以用来测定难以探测的H2O+自由基的寿命。首先,与传统的双光子紫外电离相比,强场电离提供了获得溶液中大量电离物质的途径。其次,H2O+和OH自由基在软X射线吸收光谱中表现出与共振跃迁类似的强O1s→2p跃迁,因为它们具有开放的O2p亚层。

参考文献

Z.-H.Loh,etal.Observationofthefastestchemicalprocessesintheradiolysisofwater.Science367(6474),179-182.

THE END
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2.电离是属于化学反应吗?然而,电离过程并不总是伴随着新物质的生成。例如,在强电解质的水溶液中,电离是完全的,离子和分子共存,但并没有新的物质产生。在这种情况下,电离更接近于一个物理过程,即物质从一种形态(分子)转变为另一种形态(离子)。 因此,电离既可以被视为化学反应(特别是当涉及到化学键的断裂和离子的形成时),也可以被视https://blog.csdn.net/xioayanran123/article/details/144192737
3.水的电离知识点经管文库(原现金交易版)经管水的电离知识点 https://bbs.pinggu.org/thread-13012299-1-1.html
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