Wetenschappers van het Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) van de Chinese Academie van Wetenschappen en hun medewerkers onderzochten het mechanisme van snelle reactiviteit van de F + H ₂ reactie bij lage temperatuur en vond dat snelle reactiviteit eigenlijk werd veroorzaakt door resonantie-versterkte tunneling.

Deze bevinding verklaart de waarneming van HF in interstellaire wolken, die alleen wordt gegenereerd door de F + H ₂ reactie. Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurchemie .

Over het algemeen, een chemische reactie met een energiebarrière kan alleen plaatsvinden bij botsingsenergieën hoger dan de barrière. Echter, kwantumtunneling bij energieën onder de reactiebarrière speelt een belangrijke rol in veel chemische processen, vooral bij lage temperatuur.

Chemische reactie speelt een belangrijke rol in de evolutie van interstellaire wolken. In de interstellaire ruimte, temperatuur is bijzonder laag, dus kwantumeffecten in reacties kunnen een belangrijke rol spelen.

HF in interstellaire wolken werd voor het eerst ontdekt in 1997, en recente waarnemingen hebben aangetoond dat HF ​​alomtegenwoordig is in het universum. Aangezien de F + H ₂ reactie, met een energiebarrière van 1,8 kcal/mol, is de enige bron van waargenomen HF bij lage temperatuur in interstellaire wolken, hoe gaat het snel? Zelfs als we rekening houden met normale kwantumtunneling, de reactiesnelheid is te laag om te worden waargenomen met een reactiebarrière van een dergelijke hoogte (~800K).

Met verbeterde moleculaire gekruiste bundelapparatuur, de wetenschappers maten de kwantumtoestandspecifieke achterwaartse verstrooiingsspectroscopie (QSSBSS) als een functie van botsingsenergie in het bereik van 1 ~ 35 meV. Een piek in QSSBSS werd duidelijk waargenomen bij ongeveer 5 meV. Met behulp van gedetailleerde dynamische analyse op een nauwkeurige potentiële energie-oppervlakken (PES), ze ontdekten dat de piek werd geproduceerd door de grondresonantietoestand van de F + H ₂ tot HF + H-reactie. Ze ontdekten ook dat de oscillaties bij ongeveer 20 meV werden geproduceerd door de eerste aangeslagen resonantietoestand van de F + H ₂ reactie.

Verdere theoretische analyse gaf aan dat als de bijdrage van de door resonantie versterkte tunneling uit de reactiviteit zou worden verwijderd, de reactiesnelheidsconstante van F + H ₂ onder 10K zou meer dan drie ordes van grootte worden verminderd.

Dus, de reactiviteit van de F + H ₂ reactie is bijna volledig afgeleid van door resonantie versterkte tunneling vanuit de grondresonantietoestand. Met een nauwkeurige PES, de theorie geeft de reactiesnelheidsconstante voor de F + H ₂ reactie over een breed temperatuurbereik, wat essentieel is om de interstellaire chemie te begrijpen.