Túneles medidos en una reacción muy lenta entre iones y moléculas

Área de la Ciencia:

• Química Cuántica
• Física y Química
• Química Física

Sus antecedentes:

• Las reacciones de túnel cuántico son vitales en los procesos químicos donde las vías clásicas están energéticamente restringidas.
• Estas reacciones son teóricamente difíciles debido a la dinámica cuántica de alta dimensión y experimentalmente difíciles de detectar.
• Los sistemas de hidrógeno ofrecen una oportunidad única para cálculos precisos de los primeros principios del túnel cuántico.

Objetivo del estudio:

• Para verificar experimentalmente la velocidad calculada de la reacción de túnel de transferencia de protones en la fase gaseosa entre las moléculas de hidrógeno (H2) y los aniones de deuterio (D−).
• Proporcionar una validación experimental para los modelos teóricos del túnel cuántico en sistemas hidrógenos.
• Investigar las desviaciones de la escala lineal en las velocidades de reacción a altas densidades de H2.

Principales métodos:

• Mediciones de alta sensibilidad de la velocidad de reacción utilizando una trampa de iones criogénica de 22 polos.
• Determinación experimental de la constante de velocidad para la reacción H2 + D− → H− + HD.
• Análisis de las desviaciones de la velocidad de reacción a diferentes densidades de H2.

Principales resultados:

• Se midió una constante de velocidad extremadamente baja de (5.2 ± 1.6) × 10−20 cm3s−1 para la reacción H2 + D−.
• Los resultados experimentales muestran una excelente concordancia con los cálculos teóricos del túnel cuántico.
• Se observó una desviación de la escala lineal de la velocidad de reacción a altas densidades de H2, atribuida a la dinámica de calentamiento de la trampa iónica.

Conclusiones:

• El estudio proporciona la primera verificación experimental de la velocidad de reacción de túnel H2 + D-.
• Los hallazgos sirven como punto de referencia para la teoría molecular, mejorando la comprensión de los procesos fundamentales de colisión.
• Se revelaron nuevos conocimientos sobre la dinámica de calentamiento dentro de las trampas de iones de radiofrecuencia a través de las desviaciones observadas en la velocidad de reacción.