酸在超冷星際空間中會怎樣？低于零下263.15攝氏度

2019-07-28 14:42 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

酸在超冷星際空間中會怎樣？波鴻魯爾大學(xué)研究小組研究了酸在極低溫度下如何與水分子相互作用。

通過光譜分析和計算機模擬，研究了鹽酸(HCl)在類似于超冷星際空間條件下是否釋放質(zhì)子的問題，其答案取決于水和鹽酸分子結(jié)合的順序。

研究由物理化學(xué)II主席Martina Havenith教授和魯爾-波洪大學(xué)理論化學(xué)主席Dominik Marx教授，尼梅亨內(nèi)梅亨大學(xué)Britta Redlich博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，其研究成果發(fā)表在《科學(xué)進展》上。

從復(fù)雜分子的形成過程來看

如果鹽酸在常溫等正常條件下與水分子接觸，酸會立即解離，釋放出質(zhì)子(H+)；剩下一個氯離子(Cl-)研究小組想要找出是否同樣的過程也發(fā)生在10開爾文以下的極低溫度下，即低于零下263.15攝氏度。想知道，我們所知道地球上的酸堿化學(xué)物質(zhì)，是否也存在于星際空間的極端環(huán)境中，這些結(jié)果對于理解太空中更復(fù)雜化學(xué)分子是如何形成的至關(guān)重要——遠在生命的第一個前體出現(xiàn)之前。為了在實驗室中復(fù)制極低溫度，研究人員在超流氦液滴中進行了化學(xué)反應(yīng)。

（博科園-圖示）在像星際空間那樣的條件下，鹽酸可以沿著兩條可能的路徑：在冰水中游離或吸收。圖片：D. Mani

使用一種特殊的紅外光譜技術(shù)來監(jiān)測這一過程，這種技術(shù)可以探測到分子的低頻振動。研究人員在奈梅亨使用了一種特別高亮度的激光，計算機模擬使科學(xué)家們能夠解釋實驗結(jié)果。首先，研究人員在鹽酸分子中加入了四個水分子，一個接一個。鹽酸在這個過程中分解，把質(zhì)子給水分子，形成水合氫離子。剩下的氯離子，水合氫離子和其他三個水分子形成了一個簇。然而，如果研究人員首先從這四個水分子中創(chuàng)造出一個冰狀的團簇，然后加入鹽酸，會得到了一個不同的結(jié)果：

鹽酸分子沒有解離；質(zhì)子仍然和氯離子成鍵。在可以在星際空間中找到的條件下，酸是可以分解的，但這并不一定要發(fā)生——可以說，這兩個過程是同一枚硬幣的兩面。研究人員假設(shè)這一結(jié)果也適用于其他酸，因為它代表了在超冷條件下化學(xué)的基本原理。太空中的化學(xué)并不簡單，它甚至可能比行星環(huán)境下的化學(xué)更加復(fù)雜，畢竟，它不僅取決于反應(yīng)物質(zhì)的混合比例，而且還取決于它們相互相加的順序。這一現(xiàn)象需要在未來的實驗和模擬中考慮到在極端條件下。