El metano protonado, también conocido como CH5 +, es una molécula muy inusual que los científicos y los astrónomos sospechan que se puede encontrar dentro del medio interestelar donde se forman las estrellas y los planetas.
Para identificar moléculas en la Tierra o en el espacio exterior, los científicos generalmente registran el espectro de luz absorbida: cada molécula tiene su propio espectro único. CH5 +, consiste en un átomo de carbono central con cinco átomos de hidrógeno que se mueven constantemente a su alrededor, lo que lo hacedifícil de interpretar su espectro.
adentro El diario de la física química , de AIP Publishing, los investigadores de Queen's University en Canadá informan que comparan, por primera vez a un nivel detallado, la teoría experimental v. Para CH5 +.
El trabajo del grupo se inspiró en la complejidad de CH5 +. "Nadie ha podido entender su espectro", dijo Tucker Carrington Jr., profesor de química teórica. "Los espectroscopistas generalmente intentan clasificar los niveles de rotación-vibración en grupos,cada uno de los cuales está asociado con un estado vibratorio, pero falla completamente para CH5 + ".
Al centrarse en las peculiaridades de las moléculas que no encajan perfectamente en los paradigmas, las nuevas ideas tienden a surgir ". Utilizando métodos experimentales en 2015, Asvany, Yamada, Schlemmer y sus colegas de la Universidad de Colonia, por primera vez, observarony asignó diferencias de niveles de energía CH5 +, lo que abrió la puerta a una comparación detallada entre teoría y experimento ", dijo Carrington.
Para obtener una mejor comprensión del movimiento de los núcleos, "es común separar primero la vibración y la rotación aproximadamente, y luego suponer que se produce una vibración de amplitud pequeña cerca de la geometría de equilibrio de la molécula", explicó.
La vibración y la rotación son inseparables en CH5 + porque hay 120 estructuras de equilibrio equivalentes bajas y la amplitud de la vibración es bastante grande.
Como es de esperar, calcular y analizar el espectro de CH5 + implica matemáticas complejas. "Es necesario resolver numéricamente la ecuación de Schrodinger calculando los valores propios de una matriz Hamiltoniana grande", señaló Carrington. "Esto es extremadamente difícil porque el tamañode la matriz es mayor que 10 ^ 9, por lo que utilizamos el algoritmo de Lanczos ".
La importancia de este trabajo, realizado en conjunto por Xiao-Gang Wang, investigador asociado y Carrington, es que al comparar el experimento y la teoría para CH5 + pudieron desarrollar la primera nueva asignación posible de los resultados experimentales, algo que nadieesperado tan pronto.
"Nuestra comprensión teórica está lejos de ser completa, pero es un buen comienzo", señaló Carrington. "Hace un año, la mayoría de los investigadores en este campo no habrían esperado que la teoría fuera lo suficientemente buena como para sugerir una posible mala asignación experimental. Nuestrola nueva asignación reduce los errores de aproximadamente 30 cm-1 a 2 cm-1 ".
El éxito de los cálculos del grupo implica que ahora puede ser posible comenzar a interpretar y comprender los espectros detallados rotacionales-vibratorios CH5 + previamente registrados por varios otros grupos. Por ejemplo, CH5 + juega un papel clave en la "química superácida de George A. Olah", "que le valió el Premio Nobel de química de 1994.
A continuación, Carrington y sus colegas "calcularán las intensidades de las transiciones, lo que permitirá una comparación más completa con los espectros experimentales", agregó.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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