01.03.2021 - Dalian Institute of Chemical Physics

Wissenschaftler untersuchen erstmals elektronischen Drehimpuls bei einer chemischen Reaktion

Eine chemische Reaktion kann durch eine kombinierte Untersuchung von Experimenten mit gekreuzten Molekularstrahlen und theoretischen Simulationen der molekularen Reaktionsdynamik im Detail auf der Ebene der Quantenzustände verstanden werden.

Bei einer einzigen Kollisionsbedingung ist die molekulare Crossed-Beam-Apparatur in der Lage, das winkelaufgelöste Streuprodukt mit Rotationszustandsauflösung zu erfassen. Mit einer genauen globalen potentiellen Energieoberfläche ist die Quantenreaktivitätstheorie in der Lage, die entsprechenden reaktiven Streuungsinformationen vorherzusagen.

In früheren Studien wurde die chemische Reaktionsdynamik nur mit der Produkt-Rotationszustandsauflösung aufgedeckt. Und die Untersuchung einer Reaktion auf einer feineren Ebene wäre ein inspirierender Durchbruch.

Kürzlich entwickelten Professor YANG Xueming vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und Professor WANG Xing'an von der University of Science and Technology of China eine molekulare Crossed-Beam-Apparatur mit Schwellenwert-Ionisationsgeschwindigkeitsabbildungstechnik, die es ermöglicht, das Streuprodukt mit hoher Winkelauflösung mit Quantenrotationszustandserkennung zu untersuchen.

Mit dieser leistungsstarken Apparatur, in Kombination mit der von Professor SUN Zhigang vom DICP entwickelten neuen Theorie der quantenreaktiven Streuung, die den elektronischen Drehimpulseffekt einschließt, wurde der elektronische Drehimpulseffekt bei einer chemischen Reaktion zum ersten Mal aufgedeckt.

Diese Erkenntnis wurde in Science veröffentlicht.

In der Reaktion F + HD (das Fluoratom mit dem HD-Isotop des H2-Moleküls) gibt es eine ausgeprägte reaktive Streuungsquantenresonanz. Sie wurde als Prototyp für die Auflösung von Teilwellenresonanzstrukturen in einer chemischen Reaktion genommen.

Damit dachten die Wissenschaftler, dass die Rolle des elektronischen Drehimpulses des F-Atoms in dieser chemischen Reaktion erkannt werden würde. Das F-Atom wurde durch einen p-Elektronenorbit mit l=1 charakterisiert, der die Teilwellenresonanzstrukturen beeinflussen könnte.

Es wurde festgestellt, dass sich durch die Einbeziehung des elektronischen Drehimpulses die einfache Teilwellenstruktur in eine vierfache Teilwellenresonanzstruktur aufspaltet, die in der Lage war, die Winkelverteilungen des chemischen Produkts zu variieren.

Die Energie des elektronischen Drehimpulses ist viel kleiner als die Rotationsenergie eines zweiatomigen Moleküls (~ einige zehn Wellenzahlen). Sein Einfluss auf eine chemische Reaktion ist subtil und schwer zu erkennen.

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