Мокрые электроны

Мокрые электроны в химии и физике , возникающие на поверхности металлов оксидов , представляют собой состояние электронов переходное между твердым и жидким состояниями вещества . Влажные электроны притягиваются к положительно заряженным гидроксид -ионам, которые образуются на оксидных поверхностях в присутствии атмосферной влаги . Эти электроны, в свою очередь, влияют на взаимодействие других материалов с оксидом.

Атомы водорода в воде или гидроксиде (ОН) могут вступать в водородные связи или находиться в свободном состоянии . Влажные электроны в первую очередь стабилизируются висячими атомами ОН, который более кислый , чем вода, но висячие атомы воды также способствуют стабилизации. Этот процесс подобен прохождению по самой низкой тропе между долинами, между которыми находится гора. Минимальная энергия, необходимая для перехода электрона из твердого состояния в жидкое, соответствует прохождению влажного состояния электрона. Мокрые электроны представляют собой переходное состояние ( седловую точку ) между электронами в жидком и твердом состояниях.

Формирование и локализация

Влажные электроны образуются, когда высокоэнергетическое излучение, такое как гамма-лучи, рентгеновские лучи или энергичные частицы, ионизирует молекулы воды. Эта ионизация приводит к высвобождению электронов, которые вместо того, чтобы оставаться свободными, могут временно локализоваться из-за взаимодействия с окружающими молекулами воды. Эта локализация происходит, когда электрон вызывает поляризацию в близлежащих молекулах воды, создавая потенциальную яму, которая временно стабилизирует электрон в состоянии, известном как влажный электрон.

Физические свойства

Влажные электроны характеризуются своим промежуточным энергетическим состоянием, которое выше энергии основного состояния воды, но ниже энергетического уровня свободного электрона. Это состояние обладает высокой реакционной способностью из-за избыточной энергии, что делает влажные электроны мощными восстановителями, способными участвовать в различных химических реакциях. Время жизни влажного электрона обычно очень короткое, порядка пикосекунд, в зависимости от конкретных условий окружающей среды и присутствия других реакционноспособных частиц.

Обнаружение и теоретические выводы

Передовые экспериментальные методы, такие как импульсный радиолиз и спектроскопия с временным разрешением, сыграли решающую роль в обнаружении и изучении поведения влажных электронов. Эти методы позволяют ученым наблюдать особенности переходного поглощения влажных электронов и отслеживать их поведение в режиме реального времени.

Теоретические исследования, особенно с использованием моделирования гибридной функциональной молекулярной динамики, обеспечивают более глубокое понимание динамики и энергетики влажных электронов. Эти исследования показывают, что влажные электроны часто переходят из квазисвободного состояния в зоне проводимости в локализованное состояние. Этот переход сопровождается значительными нарушениями сети водородных связей окружающих молекул воды, которые способствуют локализации и стабилизации электрона.

Энергетика и структурная динамика

Энергия, связанная с локализованным состоянием влажных электронов, обычно на несколько десятых эВ ниже минимума зоны проводимости. Это энергетическое состояние отражает сложное взаимодействие между электроном и полярной средой воды. Теоретические исследования показывают, что локализация влажного электрона приводит к серьезному искажению локальной сети водородных связей, что часто приводит к образованию переходной полости внутри жидкой структуры. Эта полость образуется в результате перегруппировки и ориентации молекул воды вокруг захваченного электрона под влиянием их диполярной природы.