Газофазная ионная химия

Ионная химия газовой фазы — это область науки, охватывающая как химию , так и физику . Это наука, изучающая ионы и молекулы в газовой фазе, чаще всего с помощью той или иной формы масс-спектрометрии . Безусловно, наиболее важным применением этой науки является изучение термодинамики и кинетики реакций . Например, одно из приложений - изучение сольватации ионов термодинамики . Ионы с небольшими сольватными сферами из 1, 2, 3... молекул растворителя можно изучать в газовой фазе, а затем экстраполировать в объемный раствор.

Теория

Теория переходного состояния

Основная статья: Теория переходного состояния

Теория переходного состояния — теория скоростей элементарных реакций, предполагающая особый тип химического равновесия (квазиравновесия) между реагентами и активированными комплексами .

Теория РРКМ

Основная статья: теория RRKM

Теория RRKM используется для расчета простых оценок разложения мономолекулярных ионов скорости реакции на основе нескольких характеристик поверхности потенциальной энергии .

Образование ионов в газовой фазе

Процесс преобразования атома или молекулы в ион путем добавления или удаления заряженных частиц, таких как электроны или другие ионы, может происходить в газовой фазе. Эти процессы являются важной составляющей ионной химии газовой фазы.

Ассоциативная ионизация

Основная статья: Ассоциативная ионизация

Ассоциативная ионизация — это газофазная реакция, в которой два атома или молекулы взаимодействуют с образованием одного иона- продукта .

$A^{*}+B\to AB^{+\bullet }+e^{-}$

где частица A с избыточной внутренней энергией (отмечена звездочкой) взаимодействует с B с образованием иона AB ⁺ .

Один или оба взаимодействующих вида могут иметь избыточную внутреннюю энергию .

Ионизация с перезарядкой

Основная статья: Ионизация с перезарядкой

Ионизация с перезарядкой (также называемая ионизацией с переносом заряда ) представляет собой газофазную реакцию между ионом и нейтральным веществом.

$A^{+}+B\to A+B^{+}$

при котором заряд иона переносится на нейтральный.

Химическая ионизация

Основная статья: химическая ионизация

При химической ионизации ионы образуются в результате реакции ионов газа-реагента с другими частицами. Некоторые распространенные газы-реагенты включают: метан , аммиак и изобутан .

Хемиионизация

Основная статья: Хемиионизация

Хемиионизацию можно представить как

$G^{*}+M\to M^{+\bullet }+e^{-}+G$

где G — разновидность в возбужденном состоянии (обозначена звездочкой над индексом), а M — разновидность, которая ионизируется в результате потери электрона с образованием радикала катион- (обозначена надстрочным индексом «плюс-точка»).

Пеннинг-ионизация

Основная статья: Пеннинговская ионизация

Пеннинговская ионизация относится к взаимодействию между атомом или молекулой G в возбужденном состоянии в газовой фазе. ^* и молекула-мишень M, что приводит к образованию молекулярного катиона-радикала M ^+. , электрон e ⁻ , и молекула нейтрального газа G:

$G^{*}+M\to M^{+\bullet }+e^{-}+G$

Пеннинговская ионизация происходит, когда молекула-мишень имеет потенциал ионизации ниже внутренней энергии атома или молекулы в возбужденном состоянии. Ассоциативная пеннинговская ионизация также может возникать:

$G^{*}+M\to MG^{+\bullet }+e^{-}$

Фрагментация

множество важных реакций диссоциации В газовой фазе протекает .

Диссоциация, вызванная столкновением

Основная статья: Диссоциация, вызванная столкновением

CID (также называемая столкновительно-активируемой диссоциацией – CAD) – это метод, используемый для фрагментации молекулярных ионов в газовой фазе. Молекулярные ионы сталкиваются с молекулами нейтрального газа, такого как гелий , азот или аргон . При столкновении часть кинетической энергии преобразуется во внутреннюю энергию , что приводит к фрагментации.

Зарядка удаленной фрагментации

Основная статья: Удаленная фрагментация заряда

Дистанционная фрагментация заряда — это тип разрыва ковалентной связи газовой фазы , который происходит в ионе , в котором расщепленная связь не примыкает к месту расположения заряда.

Реакции переноса заряда

Существует несколько типов реакций переноса заряда. (также известные как реакции перестановки заряда ): перенос частичной оплаты

$A^{2+}+B\to A^{+}+B^{+}$,

реакция снятия заряда

$A^{+}+B\to A^{2+}+B+e^{-}$,

и реакция инверсии заряда положительное к отрицательному

$A^{+}+B\to A^{-}+B^{2+}$

и от отрицательного к положительному

$A^{-}+B\to A^{+}+B+2e^{-}$.

Приложения

Теоретически достаточно подробно изучены парные взаимодействия между ионами щелочных металлов и аминокислотами, малыми пептидами и азотистыми основаниями.

См. также

• Адиабатическая ионизация
• Масс-анализ ионно-кинетической энергетической спектрометрии
• Плазма (физика)
• Майкл Т. Бауэрс
• Р. Грэм Кукс
• Хельмут Шварц

Библиография

• Основы ионной химии в газовой фазе, Кейт Р. Дженнингс (редактор), Дордрехт, Бостон, Kluwer Academic, 1991, стр. 226–8.
• Газофазная ионная химия, Майкл Т. Бауэрс, редактор, Academic Press, Нью-Йорк, 1979.
• Газофазная ионная химия, том 2.; Бауэрс, Монтана, Ред.; Академическая пресса: Нью-Йорк, 1979 г.
• Газофазная ионная химия, том 3, Майкл Т. Бауэрс, изд., Academic Press, Нью-Йорк, 1983.

Внешние ссылки

• http://webbook.nist.gov/chemistry/ion/