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化學反應存在新動力:隧道控製效應

http://www.kadhoai.com.cn 2026-04-07 07:25:58 來源:中國自動化學會專家谘詢工作委員會

  據美國物理學家組織網6月9日報道,美國和德國科學家在最新一期《科學》雜誌上撰文指出,他們在實驗中發現並首次證明,一種名為“隧道控製”的de新xin機ji製zhi或huo許xu是shi化hua學xue反fan應ying中zhong新xin的de驅qu動dong力li,它ta可ke讓rang化hua學xue反fan應ying偏pian離li傳chuan統tong方fang向xiang,獲huo得de新xin的de反fan應ying結jie果guo。新xin發fa現xian有you望wang改gai變bian科ke學xue家jia對dui從cong材cai料liao科ke學xue到dao生sheng物wu化hua學xue領ling域yu所suo發fa生sheng反fan應ying的de理li解jie,並bing設she計ji出chu新xin的de反fan應ying。

  這種驅動力是無意間被發現的。科學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氬氣中,然而,令人詫異的是,幾小時後,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模、更高級的計算來解開這個謎團。

  科(ke)學(xue)家(jia)們(men)認(ren)為(wei),這(zhe)種(zhong)物(wu)質(zhi)會(hui)消(xiao)失(shi)的(de)原(yuan)因(yin)隻(zhi)有(you)一(yi)個(ge),那(na)就(jiu)是(shi)發(fa)生(sheng)了(le)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)。但(dan)環(huan)繞(rao)在(zai)該(gai)化(hua)合(he)物(wu)周(zhou)圍(wei)的(de)隻(zhi)有(you)惰(duo)性(xing)氬(ya)氣(qi)原(yuan)子(zi),極(ji)低(di)的(de)溫(wen)度(du)也(ye)無(wu)法(fa)提(ti)供(gong)所(suo)需(xu)的(de)熱(re)能(neng),另(ling)外(wai),得(de)到(dao)的(de)反(fan)應(ying)產(chan)物(wu)是(shi)乙(yi)醛(quan)——這是在科學家們構想的多種可能性中最不可能出現的一種。艾倫解釋道,發生這種變化的驅動力並不是傳統的驅動力——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10nianqianjiubeikexuejiamenzaiyanjiufangshexingshishoucizhengshi。zaijingdianlixuezhong,fenziyundongkeyibeilijieweilizizaiyigeshinengmianshangjinxingmanyou,nengliangshileibeikanzuogaishinengmianshangde“山口”,將(jiang)化(hua)合(he)物(wu)隔(ge)離(li)開(kai)來(lai)。按(an)經(jing)典(dian)力(li)學(xue),當(dang)動(dong)能(neng)小(xiao)於(yu)勢(shi)壘(lei)高(gao)度(du)時(shi),粒(li)子(zi)不(bu)可(ke)能(neng)穿(chuan)過(guo)勢(shi)壘(lei)。但(dan)在(zai)量(liang)子(zi)力(li)學(xue)中(zhong),微(wei)觀(guan)粒(li)子(zi)仍(reng)有(you)一(yi)定(ding)的(de)概(gai)率(lv)以(yi)一(yi)定(ding)的(de)速(su)度(du)穿(chuan)過(guo)勢(shi)壘(lei),這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)被(bei)稱(cheng)為(wei)隧(sui)道(dao)效(xiao)應(ying)。

  科(ke)學(xue)家(jia)之(zhi)前(qian)一(yi)直(zhi)認(ren)為(wei),在(zai)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)中(zhong),隧(sui)道(dao)為(wei)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)速(su)度(du)提(ti)供(gong)了(le)第(di)二(er)個(ge)校(xiao)正(zheng)因(yin)子(zi),不(bu)會(hui)提(ti)供(gong)支(zhi)配(pei)性(xing)的(de)驅(qu)動(dong)力(li)。而(er)最(zui)新(xin)實(shi)驗(yan)發(fa)現(xian),隧(sui)道(dao)控(kong)製(zhi)能(neng)對(dui)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)起(qi)支(zhi)配(pei)作(zuo)用(yong),改(gai)變(bian)經(jing)典(dian)力(li)學(xue)控(kong)製(zhi)下(xia)的(de)反(fan)應(ying)結(jie)果(guo),隧(sui)道(dao)效(xiao)應(ying)能(neng)導(dao)致(zhi)一(yi)個(ge)並(bing)沒(mei)有(you)最(zui)低(di)激(ji)活(huo)勢(shi)壘(lei)的(de)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)出(chu)現(xian)。

  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現這種“隧道控製”的,但其可能是一種普遍現象,尤其是在涉及氫轉移的反應時,並且,這種過程可能也不受極低溫度的限製。

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