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化學(xué)反應(yīng)存在新動力：隧道控制效應(yīng)

據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)6月9日報(bào)道，美國和德國科學(xué)家在一期《科學(xué)》雜志上撰文指出，他們在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)并證明，一種名為“隧道控制”的新機(jī)制或許是化學(xué)反應(yīng)中新的驅(qū)動力，它可讓化學(xué)反應(yīng)偏離傳統(tǒng)方向，獲得新的反應(yīng)結(jié)果。新發(fā)現(xiàn)有望改變科學(xué)家對從材料科學(xué)到生物化學(xué)領(lǐng)域所發(fā)生反應(yīng)的理解，并設(shè)計(jì)出新的反應(yīng)。

這種驅(qū)動力是無意間被發(fā)現(xiàn)的?？茖W(xué)家們本來是將分離出的化合物甲基羥基化烯烴(methylhydroxycarbene)在極低溫度下保存在固態(tài)氬氣中，然而，令人詫異的是，幾小時后，該化合物消失了。這促使美國佐治亞大學(xué)的理論化學(xué)教授衛(wèi)斯理·艾倫團(tuán)隊(duì)和德國吉森加斯特斯-李比希大學(xué)的皮特·施雷納團(tuán)隊(duì)進(jìn)行大規(guī)模、更的計(jì)算來解開這個謎團(tuán)。

科學(xué)家們認(rèn)為，這種物質(zhì)會消失的原因只有一個，那就是發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。但環(huán)繞在該化合物周圍的只有惰性氬氣原子，極低的溫度也無法提供所需的熱能，另外，得到的反應(yīng)產(chǎn)物是乙醛——這是在科學(xué)家們構(gòu)想的多種可能性中zui不可能出現(xiàn)的一種。艾倫解釋道，發(fā)生這種變化的驅(qū)動力并不是傳統(tǒng)的驅(qū)動力——動力和熱力，而是所謂的量子力學(xué)隧道效應(yīng)。

量子力學(xué)隧道效應(yīng)在10年前就被科學(xué)家們在研究放射性時證實(shí)。在經(jīng)典力學(xué)中，分子運(yùn)動可以被理解為粒子在一個勢能面上進(jìn)行漫游，能量勢壘被看作該勢能面上的“山口”，將化合物隔離開來。按經(jīng)典力學(xué)，當(dāng)動能小于勢壘高度時，粒子不可能穿過勢壘。但在量子力學(xué)中，微觀粒子仍有一定的概率以一定的速度穿過勢壘，這種現(xiàn)象被稱為隧道效應(yīng)。

科學(xué)家之前一直認(rèn)為，在化學(xué)反應(yīng)中，隧道為化學(xué)反應(yīng)速度提供了第二個校正因子，不會提供支配性的驅(qū)動力。而實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隧道控制能對化學(xué)反應(yīng)起支配作用，改變經(jīng)典力學(xué)控制下的反應(yīng)結(jié)果，隧道效應(yīng)能導(dǎo)致一個并沒有zui低激活勢壘的化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)。