Gần đây, nhiều phân tử chứa nhóm vinyl (C2H3) và etyl (C2H5) đã được phát hiện trong môi trường liên sao. Tuy nhiên, bằng chứng thực nghiệm hoặc lý thuyết về sự hình thành của chúng từ các tiền chất đơn giản hơn còn hạn chế. Bài viết này tập trung vào các phản ứng khả thi bắt đầu từ etan (C2H6) để tạo ra axetilen (C2H2), một tiền chất quan trọng cho các phân tử phức tạp hơn trong không gian.
Các phản ứng chính từ Etan (C2H6) đến Axetilen (C2H2)
Để chuyển đổi etan (C2H6) thành axetilen (C2H2), cần loại bỏ bốn nguyên tử hydro. Quá trình này có thể diễn ra theo nhiều bước, thông qua các sản phẩm trung gian như etylen (C2H4) và vinyl (C2H3).
Tóm tắt các phương pháp nghiên cứu
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng lý thuyết hàm mật độ (DFT) kết hợp với lý thuyết instanton bán cổ điển để tính toán hệ số tốc độ cho các phản ứng bề mặt gốc-trung hòa. Hiệu ứng của bề mặt được mô hình hóa thông qua một phương pháp bề mặt ẩn, tận dụng sự tương tác yếu giữa các hydrocacbon được xem xét và các bề mặt bụi.
Vai trò của gốc tự do H và OH
Kết quả cho thấy gốc tự do H và OH đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi etan thành các gốc tự do phức tạp hơn. Ví dụ: các phản ứng cộng OH có hằng số tốc độ trên 101 s−1, có khả năng cạnh tranh với sự khuếch tán OH trên các hạt. Tương tự, phản ứng cộng nguyên tử H vào axetilen và etylen là một quá trình rất nhanh, với hằng số tốc độ trên 104 s−1 trong mọi trường hợp, và được tăng cường đáng kể bởi hiệu ứng đường hầm lượng tử.
Phản ứng trừu tượng hydro ít liên quan hơn, nhưng có thể đóng một vai trò trong các trường hợp cụ thể liên quan đến gốc OH. Các phản ứng với các gốc tự do khác NH2 và CH3 có khả năng có tác động ít hơn nhiều đến hóa học của các phân tử mang gốc etyl và vinyl.
Tầm quan trọng của cơ chế phản ứng được đề xuất
Sự hình thành hiệu quả ở nhiệt độ thấp của bốn gốc tự do (C2H3, C2H5, C2H2OH và C2H4OH) thông qua cơ chế được đề xuất sẽ mở ra cánh cửa cho sự hình thành của các phân tử hữu cơ phức tạp và chỉ ra sự phổ biến tiềm năng của các phân tử mang gốc OH trên hạt bụi. Theo con đường phản ứng được đề xuất, có thể giải thích sự hình thành của nhiều phân tử mới được phát hiện và đề xuất các phân tử mới để phát hiện. Kết quả củng cố quan điểm gần đây về tầm quan trọng của gốc OH trong hóa học bề mặt giữa các vì sao.
Kết luận
Nghiên cứu này cung cấp một cái nhìn sâu sắc về các con đường phản ứng tiềm năng từ etan đến axetilen trong môi trường liên sao. Nó nhấn mạnh vai trò quan trọng của gốc tự do H và OH trong việc kích hoạt các phân tử đóng vỏ và tạo ra các gốc tự do phản ứng, tiền thân của các phân tử hữu cơ phức tạp. Khám phá này có ý nghĩa quan trọng đối với sự hiểu biết về sự hình thành các phân tử phức tạp trong không gian và có thể giúp xác định các phân tử mới để phát hiện trong tương lai.
