Unravelling non-adiabatic pathways in the mutual neutralization of hydronium and hydroxide

氢铵 动力学同位素效应 化学 绝热过程 激发态 质子 氢氧化物 基态 电子转移 原子物理学 离子 化学反应 物理化学 物理 无机化学 热力学 有机化学 生物化学 量子力学
作者
Daniel Strasser,Alon Bogot,Mathias Poline,MingChao Ji,Arnaud Dochain,Stefan Rosén,Henning Zettergren,H. T. Schmidt,Richard Thomas
出处
期刊:Research Square - Research Square 被引量:1
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-4777257/v1
摘要

Abstract The mutual-neutralization of hydronium and hydroxide ions is a fundamental chemical reaction. Yet, there is very limited direct experimental evidence about its intrinsically non-adiabatic mechanism. By 3D-imaging of the coincident neutral products of isolated D3O+ and OD reactions, we revealed two competing non-adiabatic pathways leading to distinct D2O+OD+D and 2OD+D2 product channels and substantial suppression of the proton-transfer mechanism due to a kinetic isotope-effect. Analysis of the 3-body momentum correlations revealed the electronic ground- and excited-state energies of the unstable D3O radicals, formed by e-transfer. Furthermore, we found that in reactions leading to the higher probability D2O+OD+D channel, e-transfer forms the neutral D3O ground state at a short ~4Å distance. In contrast, 2OD+D2 products are formed following e-transfer at ~10Å distance and proceed on an excited-state of the neutral D3O. The observed mechanisms are related to the recently reported spontaneous OH radical formation at the surface of pure water microdroplets.
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