Unified molecular picture of the surfaces of wässerig acid, base, and salt solutions

Die molekulare Struktur der Grenzflächenbereiche wässriger Elektrolyte ist trotz ihrer entscheidenden Bedeutung für viele biologische, technologische und atmosphärische Prozesse kaum verstanden. Eine langfristige Kontroverse betrifft zwischen dem Standardbild einer ionenfreien Oberflächenschicht und dem stark ionenspezifischen Verhalten, das in vielen Fällen signifikante Neigungen einfacher anorganischer Ionen für die Grenzfläche anzeigt. Hier präsentieren wir eine einheitliche und konsistente Ansicht der Struktur der Luft / Lösung-Grenzfläche von wässrigen Elektrolyten, die einwertige anorganische Ionen enthalten. Molekulardynamische Berechnungen zeigen, dass in Salzlösungen und Basen die positiv geladenen Ionen, wie Alkalikationen, von der Grenzfläche abgestoßen werden, während die Anionen, wie Halogenide oder Hydroxide, eine variierende Oberflächenneigung aufweisen, die hauptsächlich mit der Ionenpolarisierbarkeit und -größe korreliert. Das Verhalten von Säuren ist aufgrund einer signifikanten Neigung von Hydroniumkationen zur Grenzfläche Luft / Lösung unterschiedlich. Daher zeigen sowohl Kationen als auch Anionen erhöhte Konzentrationen an der Oberfläche und folglich verringern diese Säuren (im Gegensatz zu Basen und Salzen) die Oberflächenspannung von Wasser. Die Ergebnisse der Simulationen werden durch oberflächenselektive nichtlineare Schwingungsspektroskopie unterstützt, die unter anderem zeigt, dass die Hydroniumkationen an der Grenzfläche Luft/Lösung vorhanden sind. Die ionenspezifischen Neigungen für die Grenzfläche zwischen Luft und Lösung haben wichtige Auswirkungen auf eine ganze Reihe heterogener physikalischer und chemischer Prozesse, einschließlich der Atmosphärenchemie von Aerosolen, Korrosionsprozesse und Blasenkoaleszenz.

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