量子隧道允许“不可能”的化学反应在空间好发

量子隧道艾滋病静物化学中最冷的地方yabovip2021

在鹰星云恒星在一片高大支柱和暗灰尘和冷分子气体圆小球形成。图片来源:T. A.校长和B. A. Wolpa,NOAO,AURA

利兹大学的一组科学家发现,由于一种叫做“量子隧穿”的现象,曾经被认为在寒冷的空间中“不可能”发生的化学反应实际上可以发生。

新的研究表明,化学反应,以前被认为是“不可能”在太空中实际发生“有活力”,这一发现可能最终改变我们的醇是如何形成的,并在太空摧毁理解 - 并且也可能意味着地方,如土星的卫星土卫六,一度被认为是生命形成的过冷,可能对生化反应的快捷方式。

一队在利兹大学,英国重建的实验室空间寒冷的环境和观察到的酒精甲醇的反应,称为“羟基自由基”在零下210度的化学氧化摄氏。他们发现,这些气体不仅使得在这种令人难以置信的寒冷温度下产生甲氧基自由基,而且反应速率比室温快50倍。

他们还发现,这种比预期更快的反应只能发生在气相空间中,即产物形成(CH3.O) - “量子隧道”,它只能通过他们所谓的现象形成

研究负责人、利兹大学化学学院大气化学教授德韦恩·赫德解释说,量子隧穿是一种“非经典现象”,这意味着OH与甲醇相互作用yabovip2021的波函数“超越势垒进行反应的概率非零”。这意味着该系统可以在反应的“产物侧”出现,而不必越过“反应势垒”。

换言之,隧道现象是基于量子力学的古怪规则,主张颗粒不倾向于具有定义的状态,位置和速度,但在概率的雾度,而不是存在。This means that although a given particle might have a strong probability of being on one side of a barrier, there is still a very small chance of it actually being found on the other side of it – in effect allowing it to occasionally ‘tunnel’ through a wall that would otherwise be impenetrable.

化学反应一度被认为是不可能的空间实际发生

Ganesa黄斑,在土星的卫星土卫六山的一个艺术家的印象认为是一个“冰火山”定期嗝“熔岩”含液态水。该水可与Titan的气氛创建类似于早期地球复杂分子有机化合物反应。信用:迈克尔·卡罗尔

“化学反应会变慢,随着气温下降,因为有更少的能量,并得到了‘反应障碍。’但量子力学告诉我们,这是可能的欺骗,并通过这个障碍,而不是去在它挖。这就是所谓的“量子隧穿”,”赫德说。

简而言之,希尔德说,这项研究表明,有机化学可以在太空中发生,在这里,醇转化为烷氧基,烷氧基可以继续形成羰基,比如甲醛。yabovip2021

“因此,我们展示了一种官能团可以转化为另一种官能团,尽管空间条件很冷。由于隧道效应,在太空中因为太冷而被忽略的反应现在可能会发生。”他补充道。

这项研究,在最近的自然化学本文综述yabovip2021‘Accelerated chemistry in the reaction between the hydroxyl radical and methanol at interstellar temperatures facilitated by tunneling,’ also demonstrates that such quantum tunneling reactions can occur in a wide range of environments, including cold planetary atmospheres, star forming regions, stellar outflows and circumstellar envelopes.

“关键星际分子”

康奈尔大学放射物理与空间研究中心的高级研究员Robin T. Garrod博士在评论这些发现时说,甲醇(CH3.OH) is a ‘key interstellar molecule’ that is ‘crucial to complex organic chemistry in interstellar and star-forming environments.’ “It acts as the feed-stock for various more complex organic molecules during the star-formation process, providing a molecular building-block from which more complex structures may form. Understanding how it is destroyed – and thus whether and how its vestigial molecular structure is passed on to its destruction products – is therefore important to our understanding of the evolution of chemical complexity from interstellar clouds to star and planet formation,” he explains.

甲醇也是有趣的科学家,因为它似乎有没有自己的气相形成机制,尽管其在星际空间中无处不在。他指出,最近的化学动力学模型依赖于它的星际尘埃颗粒表面形成由一氧化碳(CO) - 在那里,他说,它已经通过星际云的红外线(IR)吸收研究“纷纷检测到”。这些模型假设表面形成的甲醇的一小部分被升华到气相,在那里它通过毫米/亚毫米发射光谱检测为具有丰度周围比在周围的寒冷地区的晶粒一千倍降低10K。

“甲醇在空间的存在本身强调不同的化学相之间的微妙的相互作用 - 气相和表面化学 - 在星际介质”,加罗德说。yabovip2021

在加罗德看来,利兹大学的研究有几个意义。他说,最直接的是,这为最近发现的大量CH提供了一个“简洁的解释”3.O侧向对象B1-B(最近检测到低质量的原恒星).此外,他说,这项新研究显示了对CH产生的“强烈偏见”3.O在CH2OH在低温下盛行的星际云,通过迄今“小认为是” OH + CH3.哦反应。

他说:“总的来说,我们对非常低温度下的气相反应知之甚少,尽管越来越清楚的是,对于与星际化学相关的许多过程来说,量子效应对低温反应速率至关重要。”yabovip2021

“一些关键的低温反应似乎不服从根据室温的行为预期。他们不再显示经典的阿累尼乌斯型行为是人们所预料的。低温度意味着慢,无热过程(即,量子隧道)可以支配反应过程,”他补充。

对于加罗德,新的工作也表明,活性基团,如CH3.O在气相化学和尘粒表面化学中可能很重要——可能产生更复杂的物种。yabovip2021’”最近发现的分子,如甲酸甲酯(HCOOCH3.)和二甲醚(CH3.och.3.)在星际云在非常低的温度 - 这意味着没有与相对高的温度造成的恒星形成相关的 - 还没有得到充分解释。气相反应,如一个调查这里可以发挥在这一过程中发挥作用,”他说。

量子隧道可以帮助Lifes Chemistry在最寒冷的地方yabovip2021

附近的银河系在寒冷的尘埃中。这幅引人注目的尘埃挂毯是在远红外光下拍摄的一大片天空中详细分辨出来的——这幅图像是三种红外颜色的数字融合。红色对应的温度为10开尔文,而白色对应的温度为40开尔文。图像下方的粉色带是局限于我们星系平面的温暖气体。明亮的区域通常含有稠密的分子云,这些分子云正在缓慢地坍缩形成恒星,而较暗的区域通常是弥漫星际气体和尘埃。为什么这些区域在大尺度和小尺度上都有复杂的丝状结构仍然是一个研究课题。未来对尘埃起源和演化的研究可能有助于理解我们星系的近代史,以及像我们的太阳系这样的行星系统是如何诞生的。来源:ESA, Planck HFI Consortium, IRAS

“该研究还指出了其他类似反应的可能性可能对低温氢键的考虑来影响,允许足够稳定的中间体以形成量子隧穿工艺以塑造产品的形成,”他补充说。However, Garrod argues that there is still ‘a great deal of work’ to be done in this field – and stresses that our understanding of low-temperature gas-phase chemistry is ‘far from complete.’ He also highlights the fact that there is potential for a range of other gas-phase processes to be ‘influential in the formation of complex chemical structures in interstellar space and during the star-formation process.’ For him, the work may also have implications for the chemistry that occurs on dust-grain surfaces in the interstellar medium (ISM). Current astronomical observations suggest a tendency toward organics with a C-O-C structure that may result from the ‘preferential’ formation of CH3.在异构的CH O自由基2Garrod指出,在恒星形成过程中,在中等(~30 - 100 K)的温度下,尘埃颗粒表面似乎形成了数量“巨大且不断增长”的复杂有机分子。

“OH和CH都有3.OH很可能是在冰纱罩该表格上星际尘埃颗粒,并在其中有机化学预期出现丰富。yabovip2021这些新发现可能会建议对CH类似的偏见3.上的尘埃颗粒为所研究yabovip2021的反应O相关的化学物质可以在气相中产生,”加罗德说。

“然而,目前还不清楚在何种程度上气相工艺的反应动力学研究这里可以应用到发生在表面上或冰基质中的相同或类似的反应,”他补充。

虽然需要更多的研究,启示,这种冷的化学反应可以发生在寒冷的行星大气,以及恒星形成区域,恒星的外流和星周包层,很可能会激发在天体生yabovip2021物学社会利益一个很好的协议 - 和帮助yabo124推动这种复杂的反应像土卫六的地方与频率出现的机会。

出版物Robin J. Shannon, et al.,“在星际温度下,羟基自由基和甲醇yabovip2021之间的反应加速化学,隧穿促进,”自然化学5,745-749,2013;doi: 10.1038 / nchem.1692

图片:T. A.校长和B. A. Wolpa,NOAO,AURA;迈克尔·卡罗尔;ESA,普朗克协会HFI,IRAS

6评论关于“量子隧穿使“不可能的”化学反应在空间中发生”

  1. 怎么样,我们对词“即”暂停。如果所有不必要的“这就是”从这篇文章中删除这将是几行短...它是坏的......并且很烦人的为好。没有采取这些作家的任何英语语法课程?

  2. QM使我的大脑受到伤害

  3. 这让我很高兴

  4. 这是出色的新闻。非常令人兴奋的是,即使在星际空间中,生活也可能如此丰富!

  5. 有什么错我的评论昨天?

留下你的评论

电子邮件地址是可选的。如果提供的话,您的电子邮件不会发布或共享。