La tunelización cuántica mejora la descomposición del ozono | Búsqueda

Un estudio computacional ha revelado la naturaleza del túnel cuántico que ocurre en una interacción asociada con el agujero de ozono estratosférico de la Tierra.1 OH + HCl → H2La reacción O + Cl es importante porque libera átomos de cloro que catalizan la destrucción del ozono.

Clásicamente, una reacción química ocurre si hay suficiente energía para empujarla sobre la barrera de activación, y la velocidad de la reacción depende de la temperatura siguiendo la fórmula de Arrhenius. Pero en el mundo cuántico, las reacciones químicas pueden ocurrir a energías mucho más bajas que esta barrera a través de un proceso llamado túnel cuántico. Esto es exactamente lo que sucede durante los procesos atmosféricos e interestelares, donde las interacciones ocurren incluso a temperaturas extremadamente bajas.

Ya se pensaba que la tunelización cuántica desempeñaba un papel en OH + HCl → H2El proceso O + Cl: la velocidad de reacción es esencialmente independiente de la temperatura por debajo de 250 K, y los cálculos han demostrado que la reacción se desvía significativamente del comportamiento de Arrhenius.2,3 Sin embargo, se desconocía la naturaleza exacta de este túnel cuántico.

Ahora, equipo alrededor Dong Hui Chang, del Instituto de Física Química de Dalian en China, realizó cálculos de dinámica cuántica en superficies de energía potencial recientemente establecidas para estudiar la dinámica de interacción en detalle. Encuentran que el fuerte enlace de hidrógeno provoca una resonancia de Fischbach, un tipo de estado de transformación cuántica. «La resonancia de interacción puede mejorar en gran medida el efecto de túnel porque queda atrapada en el enlace de hidrógeno justo antes de la barrera», explica Zhang. Esto significa que es más probable que el átomo de hidrógeno pase a través de la barrera de activación.

De hecho, nuestros resultados de dinámica cuántica no me sorprendieron. Zhang explica que debido a que existe una fuerte interacción de enlaces de hidrógeno entre OH y HCl, hay un pozo bastante profundo en el canal de entrada. La resonancia de Feshbach está atrapada en un estado excitado de flexión y torsión, lo que indica que la interacción se comporta de manera diferente a otros procesos atmosféricos que investigó el equipo, como F + H.2Oye4 Dado que no hay enlaces de hidrógeno fuertes en el canal de entrada.

«[The study] Ilustra el tremendo progreso en la construcción de superficies precisas de energía potencial que se han realizado en las últimas dos décadas. oh hombre ellos, afirma un experto en transformación cuántica de la Universidad de Bielefeld, Alemania. «Solo el uso combinado de dinámica microcuántica y superficies de energía potencial precisas facilitó la asombrosa precisión lograda en este trabajo».

Los investigadores esperan que los experimentadores se sometan a estudios de haz molecular para respaldar sus hallazgos, aunque Zhang advierte que «a mi entender, es un desafío importante para las técnicas de detección utilizadas en los experimentos actuales».

referencias

1 espectáculo. y otrosY el química Ciencias.2022, 137955 (DOI: 10.1039 / d2sc01958b)

2 canciones y otrosY el J. física. química a2015, 119826 (DOI: 10.1021 / JP512021M)

3 J Zuo y otrosY el física química química física2017, 199770 (DOI: 10.1039 / c7cp00920h)

4 chang y otrosY el nacional común.2020, 11223 (DOI: 10.1038 / s41467-019-14097-S)

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