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化學反應存在新動力:隧道控制效應
2011-06-13  來源:中國聚合物網(wǎng)

    據(jù)美國物理學家組織網(wǎng)6月9日報道,美國和德國科學家在最新一期《科學》雜志上撰文指出,他們在實驗中發(fā)現(xiàn)并首次證明,一種名為“隧道控制”的新機制或許是化學反應中新的驅動力,它可讓化學反應偏離傳統(tǒng)方向,獲得新的反應結果。新發(fā)現(xiàn)有望改變科學家對從材料科學到生物化學領域所發(fā)生反應的理解,并設計出新的反應。

    這種驅動力是無意間被發(fā)現(xiàn)的?茖W家們本來是將分離出的化合物甲基羥基化烯烴(methylhydroxycarbene)在極低溫度下保存在固態(tài)氬氣中,然而,令人詫異的是,幾小時后,該化合物消失了。這促使美國佐治亞大學的理論化學教授衛(wèi)斯理·艾倫團隊和德國吉森加斯特斯-李比希大學的皮特·施雷納團隊進行大規(guī)模、更高級的計算來解開這個謎團。

    科學家們認為,這種物質(zhì)會消失的原因只有一個,那就是發(fā)生了化學反應。但環(huán)繞在該化合物周圍的只有惰性氬氣原子,極低的溫度也無法提供所需的熱能,另外,得到的反應產(chǎn)物是乙醛——這是在科學家們構想的多種可能性中最不可能出現(xiàn)的一種。艾倫解釋道,發(fā)生這種變化的驅動力并不是傳統(tǒng)的驅動力——動力和熱力,而是所謂的量子力學隧道效應。

    量子力學隧道效應在10年前就被科學家們在研究放射性時首次證實。在經(jīng)典力學中,分子運動可以被理解為粒子在一個勢能面上進行漫游,能量勢壘被看作該勢能面上的“山口”,將化合物隔離開來。按經(jīng)典力學,當動能小于勢壘高度時,粒子不可能穿過勢壘。但在量子力學中,微觀粒子仍有一定的概率以一定的速度穿過勢壘,這種現(xiàn)象被稱為隧道效應。

    科學家之前一直認為,在化學反應中,隧道為化學反應速度提供了第二個校正因子,不會提供支配性的驅動力。而最新實驗發(fā)現(xiàn),隧道控制能對化學反應起支配作用,改變經(jīng)典力學控制下的反應結果,隧道效應能導致一個并沒有最低激活勢壘的化學反應出現(xiàn)。

    艾倫表示,盡管該反應在極低溫度下進行,而且是在專門針對甲基羥基化烯烴的研究中發(fā)現(xiàn)這種“隧道控制”的,但其可能是一種普遍現(xiàn)象,尤其是在涉及氫轉移的反應時,并且,這種過程可能也不受極低溫度的限制。

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(責任編輯:佳)
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