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    化学家提供理论解释来理解化学反应

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      普朗克

      在很多方面,理解量子力学方程是为了预测在化学反应中产生的原子和分子之间会发生什么,这是令人疲惫的,而且是很多人的想法。然而,如果没有理论方面的洞见,实验化学家多半无法理解他们所观察到的东西。新墨西哥大学的研究人员,由著名的化学教授华果领导,一直与实验人员合作,通过提供实验观察的理论解释,帮助他们获得理解。

      化学家提供理论解释来理解化学反应

      图片版权:University of New Mexico

      当科学家探测分子时,他们看到的是光谱特征,但很难解释这些特征,因为它们只是光谱中的线条,”郭说。“这就是我们的切入点,为他们的实验观测提供理论解释。其中一个联合研究小组与一组研究人员最近发表在科学杂志《自然》报道Cal-Berkeley这就是化学名为“费什巴赫共振的退出通道F + CH3OH→HF + CH3O使用过渡态光谱反应观察。自20世纪30年代以来,对一个反应的过渡状态的描述一直是实验和理论物理化学家的目标。这是因为在化学反应过程中,过渡状态决定化学键的形成和断裂。过渡态是一个非常短命的复合体,只有几飞秒,十亿分之一秒。

      为了控制化学反应,你必须了解它是如何通过过渡状态进行的。必须设计聪明的方法来做到这一点。在伯克利的合作者首先建立了一个稳定的阴离子。通常情况下,这些负离子的几何结构非常接近于相应的中性反应的过渡状态,如图所示,科学家们可以从这个负离子开始,用激光把电子从这些分子中剥离出来。

      用激光射击这个分子,它就会把电子踢出去。然后这个分子被放置在过渡状态看着它解体。这就是它们检测过渡状态的方法。他们看到了光谱特征,但很难解释。这就是我们的切入点,为他们的实验观察提供理论解释。

      化学家提供理论解释来理解化学反应

      负离子通常有一个与相应的中性反应过渡状态非常接近的几何形状。图片版权:新墨西哥大学

      我们实际上可以预测这些量子态的样子,这是他们在实验中看到的。事实证明,我们的理论可以准确地确定光谱的峰值是什么。在这种情况下,这些峰对应着所谓的Feshbach共振。在第二篇题为《在阴离子光谱中对乙烯基异构化的编码》的论文中,这项研究的目的是了解一种叫做异构化的特殊反应的量子力学性质,即从一种分子到另一种分子。实验主义者采取的方法和其他的方法一样。

      这是一种单分子,乙烯基的单分子反应。这个反应的好处是你可以看到两个氢原子连着一个同分异构体中的一个碳。另一个同分异构体,一个氢与两个碳相连,这就是反应。在有机化学中,它被称为1:2的氢转移。

      当分子异构化时,这两个氢原子需要在碳骨架上移动以进行振动。因此,重要的是弄清楚哪种振动模式能帮助这种反应发生。这是关键。也许更有趣的是,异构化并没有越过障碍,它实际上是在屏障之下。这就是所谓的隧道效应,就好像有一个隧道可以让氢原子通过。

      隧道效应是科学家所说的量子力学性质,因为氢是非常轻的,它是量子力学的,它有时会发生隧道。我们有证据证明。这种异构化问题已经存在了很长时间。但直到最近,这篇论文才被发表。这就是我们弥合差距的意义所在,并告诉人们“这就是发生的事情——它涉及到隧道,它涉及到振动的摇摆模式,”郭说。“我想在你滑雪的时候这样看。”你走到一个驼峰,然后一路下坡。积极的会发生什么。分子的棘手之处在于它不能越过驼峰,它穿过底部,穿过隧道。因为这些东西都是量子力学,这是一个惊人的结果


      • 知识:科学无国界,博科园-科学科普

      • 参考: Nature Chemistry,Science

      • 内容:“博科园”判定符合今主流科学

      • 来自: 新墨西哥大学

      • 编译:光量子

      • 审校:博科园

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