Газофазная ионная химия

Ионная химия в газовой фазе - это область науки, объединяющая 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 важные приложения этой науки - это изучение термодинамики и кинетики реакций. ^{[1] [2]} Например, одно приложение в изучении термодинамики о сольватации ионов. Ионы с малой сольватацией сферы из 1, 2, 3 ... молекул растворителя могут быть изучены в газовой фазе, а затем экстраполированы на объемный раствор.

Теория [ править ]

Теория переходного состояния [ править ]

Теория переходного состояния - это теория скорости элементарных реакций, которая предполагает особый тип химического равновесия (квазиравновесия) между реагентами и активированными комплексами. ^[3]

Теория RRKM [ править ]

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

Образование ионов в газовой фазе [ править ]

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 важным компонентом химии ионов газовой фазы.

Ассоциативная ионизация [ править ]

Ассоциативная ионизация - это газофазная реакция, в которой два атома или молекулы взаимодействуют с образованием единого иона- продукта . ^[4]

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

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

Один или оба взаимодействующих компонента могут иметь избыточную внутреннюю энергию .

Ионизация с обменом заряда [ править ]

Ионизация с перезарядкой (также называемая ионизацией с переносом заряда ) - это газофазная реакция между ионом и нейтральным веществом.

${\ displaystyle A ^ {+} + B \ к A + B ^ {+}}$

в котором заряд иона переносится на нейтраль. ^[5]

Химическая ионизация [ править ]

При химической ионизации ионы образуются в результате реакции ионов газа-реагента с другими частицами. ^[6] Некоторые общие газы-реагенты включают: метан , аммиак и изобутан .

Хемиионизация [ править ]

Хемиионизацию можно представить как

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

где G - это разновидность возбужденного состояния (обозначенная звездочкой в ​​верхнем индексе), а M - разновидность, которая ионизируется за счет потери электрона с образованием катион- радикала (обозначена верхним индексом «плюс-точка»).

Ионизация Пеннинга [ править ]

Ионизация Пеннинга относится к взаимодействию между атомом или молекулой G ^{* в} возбужденном состоянии в газовой фазе и целевой молекулой M, приводящим к образованию молекулярного катиона-радикала M ^+. , электрон e ^- и молекула нейтрального газа G: ^[7]

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

Ионизация Пеннинга происходит, когда целевая молекула имеет потенциал ионизации ниже, чем внутренняя энергия атома или молекулы в возбужденном состоянии. Ассоциативная ионизация Пеннинга также может происходить:

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

Фрагментация [ править ]

В газовой фазе происходит много важных реакций диссоциации .

Диссоциация, вызванная столкновением [ править ]

CID (также называемая диссоциацией, активируемой столкновениями - CAD) - это метод фрагментации молекулярных ионов в газовой фазе. ^{[8] [9]} 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.

Обязанность удаленной фрагментации [ править ]

Дистанционная фрагментация заряда - это тип разрыва ковалентной связи, который происходит в ионе в газовой фазе, в котором разорванная связь не примыкает к месту расположения заряда. ^{[10] [11]}

Реакции на перенос заряда [ править ]

Существует несколько типов реакций передачи заряда ^[12] (также известных как реакции перестановки заряда ^[13] ): частичный перенос заряда.

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

реакция снятия заряда ^[14]

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

и реакция инверсии заряда ^{[15] с} положительного на отрицательный

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

и отрицательный на положительный

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

Приложения [ править ]

Парные взаимодействия между ионами щелочных металлов и аминокислотами, небольшими пептидами и азотистыми основаниями теоретически изучены достаточно подробно. ^[16]

См. Также [ править ]

• Адиабатическая ионизация
• Масс-анализируемая спектрометрия кинетической энергии ионов
• Плазма (физика)
• Майкл Т. Бауэрс
• Р. Грэм Кукс
• Гельмут Шварц

Ссылки [ править ]

Библиография [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

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