Los altos pilares y glóbulos redondos de polvo oscuro y gas molecular frío en las nubes estelares Crédito:T. A. Rector &B. A. Wolpa, NOAO, AURA
Científicos del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia de Ciencias de China y sus colaboradores investigaron el mecanismo de reactividad rápida del F + H 2 reacción a baja temperatura y descubrió que la rápida reactividad en realidad era inducida por tunelización mejorada por resonancia.
Este hallazgo explica la observación de HF en nubes interestelares, que se genera solo a través de la F + H 2 reacción. La investigación fue publicada en Química de la naturaleza .
Generalmente, una reacción química con una barrera de energía solo puede ocurrir con energías de colisión superiores a la barrera. Sin embargo, El túnel cuántico a energías por debajo de la barrera de reacción juega un papel importante en muchos procesos químicos. especialmente a baja temperatura.
La reacción química juega un papel importante en la evolución de las nubes interestelares. En el espacio interestelar la temperatura es particularmente baja, por tanto, los efectos cuánticos en las reacciones pueden desempeñar un papel importante.
HF en nubes interestelares se descubrió por primera vez en 1997, y observaciones recientes han encontrado que HF es omnipresente en el universo. Dado que el F + H 2 reacción, con una barrera energética de 1,8 kcal / mol, es la única fuente de HF observada a baja temperatura en las nubes interestelares, ¿Cómo procede rápidamente? Incluso considerando los túneles cuánticos normales, la velocidad de reacción es demasiado baja para ser observada con una barrera de reacción de tal altura (~ 800 K).
La función de onda del estado de resonancia del suelo de la reacción F + H2. Crédito:DICP
Con un aparato mejorado de haz molecular cruzado, Los científicos midieron la espectroscopia de dispersión inversa específica del estado cuántico (QSSBSS) en función de la energía de colisión en el rango de 1 ~ 35 meV. Se observó claramente un pico en QSSBSS a aproximadamente 5 meV. Utilizando un análisis dinámico detallado en superficies de energía potencial (PES) precisas, encontraron que el pico fue producido por el estado de resonancia del suelo del F + H 2 a la reacción HF + H. También descubrieron que las oscilaciones de aproximadamente 20 meV fueron producidas por el primer estado de resonancia excitada del F + H 2 reacción.
Un análisis teórico adicional indicó que si la contribución de la tunelización mejorada por resonancia se eliminara de la reactividad, la constante de velocidad de reacción de F + H 2 por debajo de 10K se reduciría en más de tres órdenes de magnitud.
La espectroscopia de dispersión hacia atrás específica de estado cuántico (QSSBSS) en función de la energía de colisión y el espectro de fotoelectrones de aniones de alta resolución para FH2 medido utilizando la técnica crio-SEVI. Crédito:DICP
Por lo tanto, la reactividad del F + H 2 La reacción se deriva casi por completo de la tunelización mejorada por resonancia del estado de resonancia del suelo. Con un PES preciso, la teoría proporciona la constante de velocidad de reacción para el F + H 2 reacción en un amplio rango de temperatura, que es esencial para comprender la química interestelar.
