Domanda:
Cosa determina la durata di un elettrone solvatato in un dato solvente?
F'x
2012-05-08 14:15:16 UTC
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Gli elettroni solvati hanno una lunga durata nelle soluzioni di ammoniaca, ma le loro controparti in acqua (chiamate elettroni idrati) hanno una durata molto inferiore, dell'ordine dei microsecondi in acqua molto pura.

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(immagine da: Boero et al, Phys Rev Lett 2003 , 90, 226403)

Quali proprietà del solvente spiegano queste durate molto diverse? Entrambi sono solventi protici polari, quindi quali altri fattori potrebbero essere coinvolti qui?

Una risposta:
#1
+7
Chris
2012-05-09 12:09:37 UTC
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Per coloro che non hanno mai avuto il piacere di farlo personalmente, guarda questo video. È noto dal 1807 che sciogliendo il sodio nell'ammoniaca liquida si ottiene un bel colore. Inizialmente si pensava che il colore fosse dovuto a un complesso familiare invece che a un elettrone solvatato. Un fenomeno simile si verifica con altri metalli alcalini nell'ammoniaca.

La ricerca sul campo afferma che sono necessarie almeno quaranta molecole di ammoniaca per solvatare un dato elettrone. Le cavità stabili si formano e la loro stabilità potrebbe dipendere fortemente dalle interazioni elettrostatiche per solvatare il nostro elettrone. L'ammoniaca reagirà lentamente sviluppando idrogeno gassoso,

$$ \ ce {2 NH3 + 2 e- -> H2 + 2 NH2 -} $$

Le differenze nel solvente possono giocare un ruolo enorme nella stabilità del nostro elettrone solvatato. Una decomposizione analoga si verifica in acqua, $$ \ ce {2 H2O + 2 e- -> H2 + 2 HO -} $$

Notoriamente quest'ultima si verifica più velocemente della prima, vedi qui rispetto al mio collegamento precedente. Potremmo dire che queste differenze di velocità riflettono le diverse stabilità del nostro elettrone solvatato. Tuttavia, l'aggiunta di un catalizzatore appropriato alla nostra ammoniaca comporterà una rapida evoluzione dell'idrogeno.

Una descrizione più quantitativa per la differenza di energie si ottiene misurando lo spettro UV-vis per un elettrone solvatato in entrambi acqua e ammoniaca. Si noterà rapidamente che la fascia appare ad energie più elevate in acqua rispetto a quanto non accade nell'ammoniaca e ci sono notevoli differenze nelle forme della fascia (la fascia è più ampia in ammoniaca).

Allora perché lo fanno Diverso

Quindi qui devo fare la dichiarazione di non responsabilità che nessuna teoria corrente riproduce quantitativamente i fenomeni osservati, come lo spettro di assorbimento per un elettrone solvatato. Questa domanda non ha una risposta stabilita / accettata in quanto è un'area di ricerca in corso.

L'autoionizzazione dell'acqua ha una costante di equilibrio dell'ordine di $ K = 10 ^ {- 14} $ e quella dell'ammoniaca è dell'ordine di $ 10 ^ {- 30} $. La formazione di idronio avviene nel caso dell'acqua e ammonio nel caso dell'ammoniaca. L'idronio ha un $ \ mathrm {p} K_ \ text {a} $ notevolmente inferiore rispetto all'ammonio e quindi è ragionevole vedere perché una reazione in acqua sarebbe più probabile con un elettrone. (L'ammoniaca produce raramente una specie debolmente acida, ma l'acqua spesso produce un complesso fortemente acido.)

Una ragione leggermente più profonda potrebbe essere che l'acqua forma domini / strutture locali più ordinate in soluzione rispetto all'ammoniaca e questo influenza la velocità risultando in una maggiore entropia di attivazione quando l'elettrone idrolizzato rompe queste strutture più grandi, ricorda che $ k \ propto \ exp (\ Delta S ^ \ ddagger / R) $.

Solo speculazione però.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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