Chemie iontů v plynné fázi - Gas-phase ion chemistry

Chemie iontů v plynné fázi je vědní obor zahrnující jak chemii, tak fyziku . Je to věda, která studuje ionty a molekuly v plynné fázi, nejčastěji umožněné nějakou formou hmotnostní spektrometrie . Zdaleka nejdůležitější aplikace pro tuto vědu jsou ve studiu termodynamiky a kinetiky reakcí. Například, jedna aplikace je při studiu termodynamika z solvatace iontů. Iony s malými solvatačními kuličkami 1, 2, 3 ... molekul rozpouštědla lze studovat v plynné fázi a poté extrapolovat na objemový roztok.

Teorie

Teorie přechodových stavů

Teorie přechodových stavů je teorie rychlostí elementárních reakcí, která předpokládá speciální typ chemické rovnováhy (kvazi-rovnováhy) mezi reaktanty a aktivovanými komplexy.

Teorie RRKM

Teorie RRKM se používá k výpočtu jednoduchých odhadů reakčních rychlostí rozkladu unimolekulárních iontů z několika charakteristik povrchu potenciální energie .

Tvorba iontů v plynné fázi

Proces přeměny atomu nebo molekuly na ion přidáním nebo odebráním nabitých částic, jako jsou elektrony nebo jiné ionty, může nastat v plynné fázi. Tyto procesy jsou důležitou součástí chemie iontů v plynné fázi.

Asociativní ionizace

Asociativní ionizace je reakce v plynné fázi, ve které dva atomy nebo molekuly interagují za vzniku jediného produktového iontu .

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

kde druhy A s přebytečnou vnitřní energií (označenou hvězdičkou) interagují s B za vzniku iontu AB ⁺ .

Jeden nebo oba interagující druhy mohou mít přebytečnou vnitřní energii .

Ionizace s výměnou náboje

Ionizace s výměnou náboje (také nazývaná ionizace s přenosem náboje ) je reakce v plynné fázi mezi iontem a neutrálním druhem

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

ve kterém je náboj iontu přenesen do neutrálu.

Chemická ionizace

Při chemické ionizaci se ionty vyrábějí reakcí iontů reakčního plynu s jinými druhy. Mezi běžné reakční plyny patří: metan , amoniak a isobutan .

Chemiionizace

Chemiionizaci lze znázornit pomocí

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

kde G je druh excitovaného stavu (označeno horní indexovanou hvězdičkou) a M je druh, který je ionizován ztrátou elektronu za vzniku radikálového kationtu (označeno nadpisem „plus-tečka“).

Penningová ionizace

Penningová ionizace se týká interakce mezi atomem nebo molekulou excitovaného stavu v plynné fázi G ^* a cílovou molekulou M, což vede k tvorbě radikálního molekulárního kationtu M ^+. , elektron e ^- a molekula neutrálního plynu G:

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

Penningová ionizace nastává, když má cílová molekula ionizační potenciál nižší než vnitřní energie atomu nebo molekuly excitovaného stavu. Může dojít také k asociativní Penningově ionizaci:

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

Fragmentace

V plynné fázi probíhá mnoho důležitých disociačních reakcí.

Disociace vyvolaná kolizí

CID (také nazývaná kolizně aktivovaná disociace - CAD) je metoda používaná k fragmentaci molekulárních iontů v plynné fázi. Molekulární ionty se srazí s neutrálními molekulami plynu, jako je helium , dusík nebo argon . Při srážce se část kinetické energie přemění na vnitřní energii, což má za následek fragmentaci.

Nabijte vzdálenou fragmentaci

Dálková fragmentace náboje je typ rozlomení kovalentní vazby , ke kterému dochází v iontu plynné fáze, ve kterém štěpená vazba není přilehlá k umístění náboje.

Reakce přenosu náboje

Existuje několik typů reakcí přenosu náboje (také známých jako reakce permutace náboje): přenos částečného náboje

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

reakce odstraňování náboje

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

a reakce inverze náboje kladná až záporná

${\ Displaystyle A^{+}+B \ až A^{-}+B^{2+}}$

a negativní na pozitivní

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

Aplikace

Párové interakce mezi ionty alkalických kovů a aminokyselinami, malými peptidy a nukleobázami byly teoreticky podrobně studovány.

Viz také

• Adiabatická ionizace
• Hromadně analyzovaná spektrometrie iontové kinetické energie
• Plazma (fyzika)
• Michael T. Bowers
• R. Graham Cooks
• Helmut Schwarz

Reference

Bibliografie

externí odkazy

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