Os pilares altos e glóbulos redondos de poeira escura e gás molecular frio em nuvens de estrelas. Crédito:T. A. Rector &B. A. Wolpa, NOAO, AURA
Cientistas do Instituto de Física Química de Dalian (DICP) da Academia Chinesa de Ciências e seus colaboradores investigaram o mecanismo de reatividade rápida do F + H 2 reação em baixa temperatura e descobriu que a reatividade rápida foi realmente induzida por tunelamento intensificado por ressonância.
Este achado explica a observação de HF em nuvens interestelares, que é gerado apenas por meio do F + H 2 reação. A pesquisa foi publicada em Química da Natureza .
Geralmente, uma reação química com uma barreira de energia só pode acontecer em energias de colisão mais altas do que a barreira. Contudo, o tunelamento quântico em energias abaixo da barreira da reação desempenha um papel significativo em muitos processos químicos, especialmente em baixa temperatura.
A reação química desempenha um papel importante na evolução das nuvens interestelares. No espaço interestelar, a temperatura é particularmente baixa, assim, os efeitos quânticos nas reações podem desempenhar um papel significativo.
HF em nuvens interestelares foi descoberto pela primeira vez em 1997, e observações recentes descobriram que o HF é onipresente no universo. Já que o F + H 2 reação, com uma barreira de energia de 1,8kcal / mol, é a única fonte de HF observada em baixa temperatura em nuvens interestelares, como isso procede rapidamente? Mesmo considerando o tunelamento quântico normal, a taxa de reação é muito baixa para ser observada com uma barreira de reação de tal altura (~ 800K).
A função de onda do estado de ressonância do solo da reação F + H2. Crédito:DICP
Com aparelho de feixe cruzado molecular melhorado, os cientistas mediram a espectroscopia de espalhamento reverso específico do estado quântico (QSSBSS) como uma função da energia de colisão na faixa de 1 ~ 35 meV. Um pico em QSSBSS foi claramente observado em cerca de 5 meV. Usando análise dinâmica detalhada em superfícies precisas de energia potencial (PESs), eles descobriram que o pico foi produzido pelo estado de ressonância do solo do F + H 2 à reação de HF + H. Eles também descobriram que as oscilações em cerca de 20 meV foram produzidas pelo primeiro estado de ressonância excitada do F + H 2 reação.
Uma análise teórica adicional indicou que, se a contribuição do tunelamento aprimorado por ressonância fosse removida da reatividade, a constante de taxa de reação de F + H 2 abaixo de 10K seria reduzido em mais de três ordens de magnitude.
A espectroscopia de espalhamento reverso específico do estado quântico (QSSBSS) em função da energia de colisão e do espectro de fotoelétrons de ânions de alta resolução para FH2- medido usando a técnica crio-SEVI. Crédito:DICP
Assim, a reatividade do F + H 2 a reação é quase completamente derivada do tunelamento aprimorado por ressonância do estado de ressonância do solo. Com um PES preciso, a teoria fornece a constante de taxa de reação para o F + H 2 reação em uma ampla faixa de temperatura, que é essencial para a compreensão da química interestelar.
