来自卓越集群Ruhr Explores Solvation(Resolv)的波鸿研究人员与来自奈梅亨的合作伙伴一起研究了酸在极低温度下如何与水分子相互作用。他们利用光谱分析和计算机模拟研究了盐酸(HCl)是否在星际空间中发现的质子释放质子的问题。答案既不是也不是，而是取决于团队将水和盐酸分子结合在一起的顺序。
由物理化学II主席Martina Havenith教授和波鸿鲁尔大学理论化学系主任Dominik Marx教授领导的小组以及来自奈梅亨Radboud大学的Britta Redlich博士领导的小组介绍了Science Advances杂志，于2019年6月7日在线发布。
了解复杂分子的形成过程
如果盐酸在正常条件下与水分子接触，例如在室温下，酸立即解离：它释放出质子(H +)，剩下一个氯离子(Cl-)。研究小组想知道同样的过程是否也发生在低于10开尔文的极低温度下，即低于零下263.15摄氏度。“我们想知道我们在地球上所知的酸碱化学是否也存在于星际空间的极端条件下，”卓越集群解决方案发言人Martina Havenith解释道。“在生命的第一批前体出现之前很久，这些结果对于理解太空中形成更复杂的化学分子至关重要。”
为了在实验室中复制极低的温度，研究人员将化学反应发生在一滴超流氦中。他们使用特殊类型的红外光谱监测过程，可以检测低频分子振动。为此，需要奈梅亨(Nijmegen)提供的具有特别高亮度的激光器。计算机模拟使科学家能够解释实验结果。
归结为订单
首先，研究人员将四个水分子一个接一个地添加到盐酸分子中。在此过程中盐酸解离：它将质子捐赠给水分子，并产生水合氢离子。剩余的氯离子，水合氢离子和其他三个水分子形成簇。
然而，如果研究人员首先从四个水分子中创建了一个类似冰的簇，然后加入了盐酸，他们就得到了不同的结果：盐酸分子没有离解; 质子仍然与氯离子结合。
“在星际空间可以发现的条件下，酸因此能够分离，但这并不一定必须发生 - 这两个过程都是同一枚硬币的两面，可以这么说，”Martina Havenith总结道。
太空化学并不简单
研究人员假设结果也可以应用于其他酸，即它代表了在超冷条件下化学的基本原理。“太空化学绝不是简单的;它甚至可能比行星条件下的化学更复杂，”多米尼克马克思说。毕竟，它不仅取决于反应物质的混合比例，而且还取决于它们彼此加入的顺序。“这种现象需要在未来的实验和超冷条件下的模拟中加以考虑，”研究人员说。