Separationen (botten) av litiumfluorid (Li och F) jonpar innefattar två steg:(1) en ökning av vattenkoordinationen om jonerna (kontaktjonpar, CIP till CIP*) och (2) rumslig separation av jonerna (CIP* till lösningsmedelsseparerade jonpar, SSIP*). Som det översta diagrammet visar, den fria energin domineras av processen för omläggning av lösningsmedel som Marcus -teorin om elektronöverföring. Upphovsman:American Chemical Society
Inuti bränsleceller, batterier, och biologiska system, par av joner i vatten kan påverka kemiska reaktioner. Att veta mer om hur vatten påverkar dessa reaktioner kan vara till hjälp. Teoretiker utformade en enkel, elegant metod som förklarar påverkan. Deras metod visar hur vatten rör sig runt joner och får dem att dra ihop eller hålla sig isär.
Jonparning kan vara en viktig faktor i kemiska och biologiska processer. Att gå med joner innebär komplexa rörelser i nätverk gjorda av vattenmolekyler. Teamets tillvägagångssätt ger insikter om joner och hur de parar sig. Resultaten kommer att låta forskare förutspå, kontrollera, och låtstruktur, fungera, och dynamik hos joner och relaterade processer.
Associering eller dissociation av jonpar i vatten förekommer i kemiska reaktioner i bränsleceller, batterier, och mänskliga celler. Forskare har kämpat för att förstå hur vattenmolekyler som samlas kring jonerna påverkar reaktionerna. Utmaningen? Traditionella beräkningsmodeller innehåller ofta för mycket information för att avslöja önskade funktioner. Ett team av teoretiker utformade en enkel, elegant metod som visar hur vatten rör sig runt par av joner och påverkar om de drar ihop eller håller sig isär. För att utveckla teorin för jonpar, laget undersökte avståndet mellan jonerna och antalet vattenmolekyler kring antingen den enskilda jonen eller jonparet.
Tillämpa metoden, laget avslöjade att jondissociation sker i två steg. Först, det finns en ökning av antalet vattenmolekyler runt varje jon. Andra, jonerna rör sig isär. För att joner ska gå ihop, vattenmolekyler måste röra sig ur vägen. Vatten som rör sig är det kritiska, hastighetsbegränsande steg. Teamets ramar drar från Marcus teori, ursprungligen utformad för att beräkna hur snabbt elektroner överförs mellan molekyler i lösningar och senare utvidgas till andra transformationer. Teamets metod ger en förbättrad förståelse av jonpar som låter forskare styra och justera struktur, fungera, och dynamik hos jonpar i olika system, från proteiners interaktioner med DNA till joners rörelse i batterier.
