Ny forskning anvender lukkerhastighedsanalogier til at validere 55 år gammel teori om kemiske reaktionshastigheder
Kemiske reaktioner er almindeligvis afbildet som overgange fra reaktanter til produkter. Sådanne reaktioner involverer imidlertid mange molekyler, og de enkelte molekyler undergår selv hyppigt forekommende strukturelle ændringer, når de omdannes fra reaktanterne til produkterne.
Selv i de mest ligefremme kemiske reaktioner er de faktiske observerbare ændringer, der sker under reaktionen, langt hurtigere og langt mere komplekse, end der kan observeres med nogen eksisterende teknologi - svarende til, hvordan hurtigt bevægende objekter ser slørede ud på billeder taget med en langsom lukkerhastighed .
Et forskerhold i Japan, ledet af professor Tamiki Komatsuzaki ved Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (ICReDD), Hokkaido University, har udviklet en ramme, der præcist beskriver, hvordan førsteordens reaktioner optræder afhængigt af det tidsinterval, der bruges til at måle reaktionen . Deres arbejde blev beskrevet i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .
"Under en reaktion gennemgår atomerne i reaktanterne og produkterne en række strukturelle omlejringer eller isomerisering, indtil reaktionen er fuldstændig," forklarer Tamiki. "Hastigheden, hvormed disse isomeriseringer sker, betyder, at vi typisk kun opnår en forenklet forståelse af processen på et givet tidspunkt gennem en proces, der kaldes grovkornet."
Yutaka Nagahata, førsteforfatter af undersøgelsen, siger:"Vi formulerede en grovkornet proces, der opfylder 'præcise klumpningsbetingelser' - den nøjagtige matchning af en forenklet version af en ligning med dens originale detaljerede modstykke, en teori foreslået over et halvt århundrede siden – ved at fokusere på observationsintervaller, som kan opfattes som 'lukkerhastigheden' for en videnskabelig observation.
"For at anvende denne matchning formulerede vi et kriterium for udskilleligheden af den statistiske opførsel af stabile molekylære former (isomerer) som en funktion af observation 'lukkerhastighed'."
Holdet identificerede vigtige observationsintervaller, hvor forskellige molekylære former "sløres sammen", og systemet ser ud til at blive enklere. De skabte et "systematisk diagram", der viser, hvordan reaktionsprocessen fremstår mere og mere forenklet, efterhånden som observationsintervallet øges, og til sidst fremstår som en et-trins proces (reaktanter, der direkte ændrer sig til produkter) med lange observationsintervaller.
Ved at bruge dette "systematiske diagram" er det muligt umiddelbart at bestemme grupper, der ikke kan skelnes, og opnå hastighedsligningen over grupperne ved at anvende udviklet nøjagtig klumpning.
"Ved at udvikle nøjagtig grovkorning har vi sprunget over de nuværende tilnærmelsesteorier, som har mange udeladelser, der gør dem ret unøjagtige," siger professor Mikito Toda ved Graduate School of Information Science, University of Hyogo, og en medforfatter af studere.
Holdet brugte Claisen-omlejringsreaktionen af allylvinylether til at vise, at nøjagtig grovkorning kunne tage højde for alle mulige reaktionsveje. Fremtidigt arbejde vil fokusere på at udvide denne undersøgelse til andre første-ordens reaktioner. I sidste ende håber forskerne, at deres arbejde vil give en matematisk støtte til teori om overgangstilstande.
Flere oplysninger: Komatsuzaki, Tamiki, En omfattet repræsentation af tidsskalahierarkier i første-ordens reaktionsnetværk, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2317781121
Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences
Leveret af Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (ICReDD)
Varme artikler
-
Forskere identificerer et molekyle, der kunne have hjulpet celler med at overleve - og trives - på …Protoceller ville have været forfædre til celler i dag, hvis du vil, ” siger Ramanarayanan Krishnamurthy, PhD, en lektor i kemi ved Scripps Research. De havde ikke den fulde funktionalitet af moderne -
Cyaninfarvestoffer kunne forbedre effektiviteten af molekylære proberRNA-detektionsskema:Det hårnåleformede molekyle åbner sig hurtigt, kombineres med dets komplementære mål og fluorescerer klart. Kredit:Videnskab og teknologi for avancerede materialer Forskere bru -
Elektrokemisk reduktion af kuldioxid til ethanolKredit:CC0 Public Domain NUS-forskere har opdaget en ny mekanisme til selektiv elektrokemisk reduktion af kuldioxid (CO 2 ) til ethanol under anvendelse af kobber-sølv (Cu-Ag) kompositkatalysato -
Heterometallisk kobber-aluminium superatom opdagetUdefra, klyngen lavet af 55 kobber- og aluminiumatomer ligner en krystal, men kemisk har det et atoms egenskaber. Det heterometalliske superatom, der blev oprettet ved Chair of Inorganic and Organomet
- NASAs IMERG afslører orkanen Willas nedbør
- Billedteknik afslører stammer og defekter i vanadiumoxid
- Hvordan stigende temperaturer påvirker vores helbred
- Mangel på overkommelig husleje plager byer over hele USA
- Bevaring eller udvikling? Brazils Amazon ved et skillevej
- Undersøgelse belyser skovbrande mikroklimapåvirkning