Des scientifiques de l'Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l'Académie chinoise des sciences et leurs collaborateurs ont étudié le mécanisme de réactivité rapide du F + H 2 réaction à basse température et a découvert qu'une réactivité rapide était en fait induite par un effet tunnel amélioré par résonance.

Cette découverte explique l'observation de HF dans les nuages ​​interstellaires, qui n'est généré que par le F + H 2 réaction. La recherche a été publiée dans Chimie de la nature .

Généralement, une réaction chimique avec une barrière énergétique ne peut se produire qu'à des énergies de collision supérieures à la barrière. Cependant, l'effet tunnel quantique à des énergies inférieures à la barrière de réaction joue un rôle important dans de nombreux processus chimiques, surtout à basse température.

La réaction chimique joue un rôle important dans l'évolution des nuages ​​interstellaires. Dans l'espace interstellaire, la température est particulièrement basse, ainsi, les effets quantiques dans les réactions peuvent jouer un rôle important.

HF dans les nuages ​​interstellaires a été découvert pour la première fois en 1997, et des observations récentes ont montré que HF est omniprésent dans l'univers. Depuis le F + H 2 réaction, avec une barrière énergétique de 1,8kcal/mol, est la seule source d'HF observée à basse température dans les nuages ​​interstellaires, comment ça se passe rapidement ? Même en considérant l'effet tunnel quantique normal, la vitesse de réaction est trop faible pour être observée avec une barrière de réaction d'une telle hauteur (~800K).

Avec un appareil à faisceaux croisés moléculaire amélioré, les scientifiques ont mesuré la spectroscopie de rétrodiffusion spécifique à l'état quantique (QSSBSS) en fonction de l'énergie de collision dans la plage 1 ~ 35 meV. Un pic de QSSBSS a été clairement observé à environ 5 meV. En utilisant une analyse dynamique détaillée sur des surfaces d'énergie potentielle (PES) précises, ils ont constaté que le pic était produit par l'état de résonance fondamental du F + H 2 à la réaction HF + H. Ils ont également découvert que les oscillations à environ 20 meV étaient produites par le premier état de résonance excité du F + H 2 réaction.

Une analyse théorique plus poussée a indiqué que si la contribution de l'effet tunnel amélioré par la résonance était supprimée de la réactivité, la constante de vitesse de réaction de F + H 2 au-dessous de 10K serait réduit de plus de trois ordres de grandeur.

Ainsi, la réactivité du F+H 2 La réaction est presque entièrement dérivée de l'effet tunnel amélioré par résonance à partir de l'état de résonance fondamental. Avec un PES précis, la théorie fournit la constante de vitesse de réaction pour le F + H 2 réaction sur une large plage de température, ce qui est essentiel pour comprendre la chimie interstellaire.