量子隧道效应创造了“错”分子

研究人员已经成功地让一个分子没有人知道如何合成- methylhydroxycarbene和被困在一个超冷低温氩矩阵。但接下来发生的事情是意外:目标分子开始消失。

”,不应该发生的,因为你有困在氩、惰性气体分子包围,”艾伦作者韦斯利说,美国佐治亚大学的计算化学家。艾伦的信封的计算证实了碳烯不能与其他分子的反应。然而,不仅是碳烯反应不能,但这是给“错误”的产品,根据过渡态理论——乙醛代替乙烯醇。

发生了什么事的线索时他们重复了这个实验的氘模拟化合物。氘分子没有消失。这是第一个表明它可能是量子力学隧道效应,”艾伦说。

当我们进入这几年前,我根本不相信,氢气隧道下30千卡每摩尔障碍,”阿伦说。但我们去做理论和低,见一切美丽步入正轨。”

氢原子是光足以被视为量子力学对象:粒子和波。在这种情况下,氢隧道通过的势能表面不同的产品。

根据艾伦,氢的隧穿概率很小,大约10^-18年。但在氩矩阵,它只是坐在那里,遭遇势能砖墙大约10¹³次每秒。如果你把这两个数字,你会得到一个反应的半衰期大约一个小时,这就是团队。(隧道)的概率很小,但在人类时间尺度导致反应非常快,”阿伦说。

这就解释了为什么碳烯消失,但为什么产生的“错”分子?为什么要在更高的障碍(右边的图),而不是下一个?

艾伦解释说,势垒穿透取决于宽度乘以√分子之间的能量差和能量曲线的峰值。在这种情况下,峰值的宽度比额外的高度。给“正确”的乙烯醇产品氢跨越障碍,宽约20%,尽管这似乎并不很多,这让三个数量级的差别。

这是一个很好的理论和实验之间的交互的例子,”巴里·卡彭特说,卡迪夫大学有机化学物理中心主任,英国。

卡彭特解释说,在早期的过渡态理论,认识到可能会发生量子力学效应,但随着时间的推移,他们被忽视了。总的来说这是工作,但这项研究是一个你不能忽视它实际上很重要。如果你忽略它,你会得到错误的答案。”

这意味着反应热力学控制,动力控制或“隧道控制”。

隧道控制“添加一个新的维度,”艾伦说,但是木匠说他怀疑化学家寻找隧道越多,越会被发现。”,我认为这可能最终改变我们教本科生,”木匠补充道。

劳拉·豪斯