Resonansforbedret tunneling inducerer flour- og para-hydrogenreaktion i interstellare skyer

Forskere fra Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) fra det kinesiske videnskabsakademi og deres samarbejdspartnere undersøgte mekanismen for hurtig reaktivitet af F + H ₂ reaktion ved lav temperatur og fandt ud af, at hurtig reaktivitet faktisk blev induceret af resonansforstærket tunneling.

Dette fund forklarer observationen af ​​HF i interstellare skyer, som kun genereres gennem F + H ₂ reaktion. Forskningen blev offentliggjort i Naturkemi .

Generelt, en kemisk reaktion med en energibarriere kan kun ske ved kollisionsenergier højere end barrieren. Imidlertid, kvantetunnelering ved energier under reaktionsbarrieren spiller en væsentlig rolle i mange kemiske processer, især ved lav temperatur.

Kemisk reaktion spiller en vigtig rolle i udviklingen af ​​interstellare skyer. I det interstellare rum, temperaturen er særlig lav, således kan kvanteeffekter i reaktioner spille en væsentlig rolle.

HF i interstellare skyer blev først opdaget i 1997, og nyere observationer har fundet ud af, at HF ​​er allestedsnærværende i universet. Siden F + H ₂ reaktion, med en energibarriere på 1,8 kcal/mol, er den eneste kilde til observeret HF ved lav temperatur i interstellare skyer, hvordan forløber det hurtigt? Selv i betragtning af normal kvantetunneling, reaktionshastigheden er for lav til at kunne observeres med en reaktionsbarriere af en sådan højde (~800K).

Med forbedret molekylært krydsstråleapparat, forskerne målte den kvantetilstandsspecifikke bagudspredningsspektroskopi (QSSBSS) som en funktion af kollisionsenergi i området 1 ~ 35 meV. En top i QSSBSS blev tydeligt observeret ved ca. 5 meV. Ved hjælp af detaljeret dynamikanalyse på nøjagtige potentielle energioverflader (PES'er), de fandt ud af, at toppen blev produceret af jordresonanstilstanden af ​​F + H ₂ til HF + H reaktion. De opdagede også, at oscillationerne ved omkring 20 meV blev produceret af den første exciterede resonanstilstand af F + H ₂ reaktion.

Yderligere teoretisk analyse viste, at hvis bidraget fra den resonansforstærkede tunnel blev fjernet fra reaktiviteten, reaktionshastighedskonstanten for F + H ₂ under 10K ville blive reduceret mere end tre størrelsesordener.

Dermed, reaktiviteten af ​​F + H ₂ reaktion er næsten fuldstændig afledt af resonansforstærket tunneling fra jordresonanstilstanden. Med en nøjagtig PES, teorien giver reaktionshastighedskonstanten for F + H ₂ reaktion over et bredt temperaturområde, som er afgørende for at forstå interstellar kemi.