看化学反应力量及原子的电性 冷化学是不同的2024年3月1日??物理?17, 37实验证明了在极冷的星际空间中发生的分子反应的一些不寻常的
特征。美国国家航空航天局(NASA);姓名;加州大学洛杉矶分校这里显示的火焰星云和另外两个星云是猎户座分子云的一部分。研究人员现在
已经观察到这些星云中可能发生的一些精心控制的反应。许多常见的小分子是在星际空间中形成的，由于量子力学效应在更高的温度下被掩盖，它们
的低温预计会对它们的化学反应产生深远的影响。在实验室中，研究人员已经在氢离子和氨分子之间的反应中展示了一些冷化学现象，比如分子旋转
和碰撞能量对反应速率的影响。这样的实验也可以让我们深入了解星际空间恒星形成区域的冷气体云中的化学过程，构成太阳系的许多简单分子都是
在那里形成的。但是低温实验是困难的，特别是对于带电的原子和分子(离子)，因为它们对环境中的杂散电场非常敏感，这些电场会加速和加热离
子。苏黎世瑞士联邦理工学院(ETH)的物理化学家fracimadimric Merkt说。为了应对这一挑战，Merkt和他的ETH
同事研究了星际云中常见的两种分子之间的反应:氢离子(H2+)和氨(NH3)。他们使用重氢(氘)分子离子D2+，因为更容易使这些较重
分子的速度与较慢的氨分子相匹配，从而使它们的碰撞能量最小化。在反应中，D2+从NH3那里抢了一个电子，也可能用一个氢交换一个氘，生
成HD和NH2D+。研究人员还研究了与氘化氨ND3的碰撞。D. Schlander/苏黎世联邦理工学院冷碰撞。氨分子(?NH3NH
3(蓝色和白色)与氘分子离子(浅蓝色)发生碰撞。氘的一个电子(黄色)处于高激发态(里德伯态)，这意味着氨“看到”了一个带电离子，即
使外部世界看不见。ETH团队允许两种反应物分子的分子束在反应室中汇聚，然后测量产物分子。为了使反应对杂散电场不敏感，Merkt和同
事们使用了一个技巧。从D2开始，他们有效地将其转化为D2+，不是通过去除一个电子，而是通过激光脉冲将其提升到一种叫做里德伯态的高能
量状态，在这种状态下，电子被保持在离原子核很远的地方。这一过程将离子置于一个巨大的“电子壳层”中，使其与外界保持电中性——这使得它
不受杂散场的影响——即使一个碰撞的氨分子在靠近时只“看到”离子。至关重要的是，研究人员不仅可以控制分子的碰撞能量——相当于从50
K降到接近绝对零度的温度——而且还可以选择性地探测各种量子旋转状态，这些状态是通过分子旋转的速度来区分的。当碰撞能量降低或氨的旋转
能量增加时，反应速率就会增加。这两种结果都与高温下通常发生的反应相反:较低的碰撞能量往往会降低反应的几率，而快速旋转的NH3分子会
平均掉它们不均匀的电荷分布，从而使与D2+离子的相互作用减弱。最后，ND3的反应速度比NH3快，尽管较重的氘原子更“迟钝”。研究人
员表明，所有这些结果，虽然与天真的期望相反，可以通过解释不同的量子态如何影响D2+和接近的氨分子之间的静电相互作用来解释。这种电吸
引力支配着分子在反应中如何“感觉”彼此，因此在很大程度上决定了反应速率。例如，在某些量子态中，旋转激发实际上可以增加氨分子与D2+
静电相互作用的强度。英国伯明翰大学的物理化学家Tim Softley说:“这个速率随着旋转能量的增加而增加的事实让我很惊讶。”“也
许我们要吸取的教训是，简单的物理解释有时并不能说明一切。”“这是美丽的化学物理学，”牛津大学的物理化学家大卫·克莱里说。“很少有实
验能够达到非常低的碰撞能量来证实这一理论。结果表明，关于离子分子反应，特别是在低温下，还有很多有待发现的地方。”Merkt说，通过
提供一个敏感的理论测试，结果可以帮助预测在寒冷、密集的星际分子云中，大范围的离子-分子反应的反应速率如何取决于温度。看了文章：1、
但是低温实验是困难的，特别是对于带电的原子和分子(离子)，因为它们对环境中的杂散电场非常敏感，这些电场会加速和加热离子。原子是带电
的。电场的作用是什么呢？2、所有这些结果，虽然与天真的期望相反，可以通过解释不同的量子态如何影响D2+和接近的氨分子之间的静电相互
作用来解释，在很大程度上决定了反应速率。3、在某些量子态中，旋转激发实际上可以增加氨分子与D2+静电相互作用的强度。4、中子是带电
的，原子当然是带电的，物质、物体是带电的，任何物体、任何两点都有变化的电参数。粒子内外的力量是变化的电磁力，分为引力和斥力，二者相
互依存，相互转换，5、化学反应是反应物的粒子在变化的电磁力（引力、斥力）作用下分分合合，重新组合。 6、宇宙一切变化的力量是变化的电磁力。 |
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