
Vía de reacción itinerante desde la fotodesorción ultravioleta al vacío de dióxido de azufre hasta estados altamente excitados revelada utilizando una fuente de luz coherente de Dalian. Crédito: DICP
Los científicos han observado por primera vez las llamadas reacciones químicas «ambulantes», que se alejan de la energía mínima en determinados puntos, el «camino de menor resistencia», hacia estados de energía altamente excitados.
Las reacciones químicas deben ocurrir en sus caminos de menor energía. En los últimos años, las llamadas reacciones itinerantes han empezado a desviarse de este camino, pero sólo en el caso de las sustancias químicas.
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>especie En su estado fundamental o, más probablemente, en su primer estado excitado. Sin embargo, los investigadores han observado ahora también una reacción itinerante en estados energéticos muy excitados.
Investigadores del Instituto Dalian de Física Química (DICP) de la Academia China de Ciencias (CAS) describieron sus hallazgos en un artículo publicado recientemente en la revista. ciencia.
Cinética de reacciones químicas.
Hasta hace poco, los químicos asumían que las reacciones químicas tenían lugar a lo largo de lo que llamaban caminos de energía mínima: el camino de reacción entre la configuración estable inicial de la molécula y su estado estable final. En cierto punto de cualquier reacción química, hay un «estado de transición» que tiene un valor máximo de energía potencial. Se puede considerar como una pelota que sube una colina y vuelve a bajar. Pero este estado de transición en la «cima de la montaña» todavía se encuentra en el camino de energía más baja. Las reacciones no deberían alejarse mucho de este camino de menor resistencia.
Pero en 2004, los investigadores que observaron la descomposición del formaldehído cuando se bombardea con fotones (una reacción química llamada «fotodisociación») se sorprendieron al descubrir que hay reacciones químicas que, de hecho, pueden desviarse menos del camino con baja energía.

Foto del equipo. Crédito: DICP
Este deambular, o más precisamente «vagar», se produce cuando la esperada ruptura de un enlace químico se ve «frustrada»: una parte de una molécula comienza a escapar de su molécula madre, pero se descubre que no tiene suficiente energía. Para hacer eso. En cambio, el componente simplemente hace girar el fragmento molecular restante a un estado de energía no mínimo. Esta órbita continúa hasta que choca con un sitio reactivo (la ubicación física en la molécula donde ocurre una reacción y se forma un nuevo enlace químico) de otra molécula, regresando al camino de menor energía.
Desde entonces, se ha descubierto que estas «reacciones itinerantes» no sólo ocurren ocasionalmente, sino que son comunes.
«Resulta que la itinerancia es un aspecto general de las reacciones químicas que nunca antes se había observado», dijo Fu Bina, uno de los autores correspondientes del artículo del DICP.
Descubrimientos recientes e importancia.
Investigaciones posteriores han observado reacciones itinerantes en ambos estados fundamentales: la energía más baja posible de una molécula y en sus primeros estados excitados. Al absorber energía, un electrón salta a un nivel de energía más alto en una molécula, llamado estado excitado. Pero la itinerancia se observó sólo en los primeros estados excitados, no en ninguno de los estados posteriores más excitados. Tampoco se ha observado que la itinerancia conduzca a la generación de productos de reacciones químicas excitados eléctricamente.
Los autores del artículo, sin embargo, informaron que habían observado por primera vez la itinerancia en un estado muy excitado, en este caso durante la fotodisociación del dióxido de azufre (SO).2) en azufre molecular y oxígeno (una molécula de SO2 se divide en uno
» data-gt-translate-attributes=»({«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»})» tabindex=»0″ role=»link»>atom Azufre, S, y una molécula de oxígeno, O.2cuando se bombardea con luz).
Sus resultados revelaron dos posibles vías diferentes de separación. Se avanza a lo largo del camino de energía mínima esperado del O «vibracionalmente frío»2 molécula, y produce otro O «vibracionalmente más caliente»2 La molécula en su estado excitado electrónicamente.
«Esta última reacción se realiza a través de una vía itinerante que involucra una especie de ‘gota’ de átomos de oxígeno individuales, que llamamos ‘abstracción intramolecular de O’, durante un movimiento en el que la propia molécula se «reorganiza», dijo Yuan Kaijun. Autor correspondiente del artículo de DICP.
Cada vez que se produce una «escisión de enlace frustrante», existe una mayor probabilidad de que se produzcan reacciones itinerantes en estados altamente excitados y la producción de productos excitados electrónicamente. Los investigadores creen que esta dinámica de itinerancia puede ser la regla, más que la excepción, para la fotodisociación molecular a través de estados altamente excitados.
Los investigadores estaban interesados en SO2 En particular, se da su importancia en la atmósfera terrestre. Cambios en la abundancia de SO2 afecta el equilibrio de radiación del planeta y, por tanto, el clima, y SO2 Las erupciones volcánicas son una de las dos fuentes principales de aerosoles en la estratosfera y las sustancias excitadas eléctricamente reaccionan de manera muy diferente en la atmósfera, el espacio y la combustión. Finalmente, la fotodisociación de SO2 Fuentes de oxígeno molecular (O2) antes de la aparición de vida en la atmósfera primitiva de la Tierra.
Como resultado de sus hallazgos, los investigadores sostienen que el mecanismo itinerante de producción de oxígeno molecular debería incorporarse ahora al modelado fotoquímico de atmósferas planetarias, con grandes desgasificaciones volcánicas de SO.2.
Cita: «Rotación en estados altamente excitados: descomposición molecular triatómica de la descomposición del átomo central» Xinxing Li, Yan-Lin Fu, Zhijie Lu, Shuaikang Yang, Yucheng Wu, Hou Wu, Guorong Wu, Weiqing Zhang, Bina Fu, Qijin Yuan, Donghe Zhang y Xioming Yang, 15 de febrero de 2024, ciencia.
DOI: 10.1126/ciencia.adn3357