Reaktionen bei sehr tiefen Temperaturen: Gaskinetik in einem neuen Bereich

Abstract

Dank Fortschritten bei den experimentellen Techniken, insbesondere der Entwicklung von CRESU (Cinétique de Réaction en Ecoulement Supersonique Uniforme), können mittlerweile viele molekulare Gasphasenprozesse bei sehr tiefen Temperaturen studiert werden. Dieser Aufsatz beschäftigt sich mit Reaktionen von Molekül‐ und Atomradikalen mit neutralen Molekülen. Mithilfe der CRESU‐Methode wurden bereits Geschwindigkeitskonstanten für fast 50 Reaktionen bei Temperaturen bis 13 K gemessen. Die überraschende Schnelligkeit vieler Reaktionen zwischen elektrisch neutralen Spezies bei diesen tiefen Temperaturen liefert Anhaltspunkte für das Verständnis der Chemie der etwa 135 Molekülarten, die in interstellaren Wolken identifiziert wurden. Die theoretische Behandlung dieser Reaktionen beruht auf der Vorstellung, dass eine Reaktion stattfindet, wenn das langreichweitige Potential zwischen den Reaktanten diese in engen Kontakt bringt. Die astrochemischen Zusammenhänge, die theoretischen Ansätze und die Abschätzung von Geschwindigkeitskonstanten für diese Reaktionen werden diskutiert.

Can we Observe Gas Phase Nucleation at the Molecular Level?

“…It is these properties that make the uniform Laval flow so attractive for gas phase chemical kinetics studies (see refs. [21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31] and references therein) and that make it an attractive candidate for the study of gas phase nucleation. In the present work, we slightly increase the saturation ( Figure 1) and thus the nucleation rate either by increasing the partial pressure of propane (the condensable gas) at constant and or by decreasing at constant and (see Section 3.1).…”

“…[19][20][21][22]. Uniform Laval expansions have been successfully used before for gas kinetic reaction studies because they allow one to investigate processes under well-defined conditions (thermal equilibrium and constant pressure) (see refs [19,[21][22][23][24][25][26][27][28][29][30][31] and references therein). As aptly described in [23], a uniform postnozzle Laval expansion may be regarded as "a cold flow reactor without walls".…”

Kalte Moleküle: Herstellung, Anwendungen und Herausforderungen

“…[131] In [132] die auf einer gleichzeitigen, isentropen Expansion der Reaktanten mit Heliumpuffergas durch eine Laval-Düse basiert. Mit ihr kann die Temperaturabhängigkeit von Reaktionen bis 13 K untersucht werden.…”

“…Wenn kalte Atome und Moleküle gleichzeitig mit ausreichend hohen Dichten in Fallen gespeichert werden können, lassen sich die reaktionsbestimmenden Parameter im Labor studieren. Die bisherige Standardmethode zur Untersuchung von Reaktionen bei tiefen Temperaturen ist die CRESU-Technik, [132] die auf einer gleichzeitigen, isentropen Expansion der Reaktanten mit Heliumpuffergas durch eine Laval-Düse basiert. Mit ihr kann die Temperaturabhängigkeit von Reaktionen bis 13 K untersucht werden.…”

Nahe am Nullpunkt

“…Eine wichtige Klasse von Reaktionen, nämlich solche ohne Aktivierungsenergie, laufen dann sogar schneller ab. Hierzu zählen zahlreiche Reaktionen mit Ionen und freien Radikalen 6. Eine Untersuchung dieser Prozesse dient dem Verständnis von chemischen Umgebungen, in denen von Natur aus sehr tiefe Temperaturen herrschen, z.…”