Química de iones en fase gaseosa

Campo de la ciencia relacionado con iones y moléculas en fase gaseosa.

La química de iones en fase gaseosa es un campo de la ciencia que abarca tanto la química como la física . Es la ciencia que estudia iones y moléculas en fase gaseosa, en la mayoría de los casos gracias a alguna forma de espectrometría de masas . Con diferencia, las aplicaciones más importantes de esta ciencia son el estudio de la termodinámica y la cinética de las reacciones. ^{[1] [2]} Por ejemplo, una aplicación es el estudio de la termodinámica de la solvatación de iones. Los iones con pequeñas esferas de solvatación de 1, 2, 3... moléculas de disolvente se pueden estudiar en la fase gaseosa y luego extrapolarlos a la solución en masa.

Teoría

Teoría del estado de transición

La teoría del estado de transición es la teoría de las velocidades de reacciones elementales que supone un tipo especial de equilibrio químico (cuasi-equilibrio) entre reactivos y complejos activados. ^[3]

Teoría RRKM

La teoría RRKM se utiliza para calcular estimaciones simples de las velocidades de reacción de descomposición de iones unimoleculares a partir de algunas características de la superficie de energía potencial .

Formación de iones en fase gaseosa.

El proceso de convertir un átomo o molécula en un ion agregando o eliminando partículas cargadas como electrones u otros iones puede ocurrir en la fase gaseosa. Estos procesos son un componente importante de la química de los iones en fase gaseosa.

Ionización asociativa

La ionización asociativa es una reacción en fase gaseosa en la que dos átomos o moléculas interactúan para formar un solo ion producto . ^[4]

${\displaystyle A^{*}+B\to AB^{+\bullet }+e^{-}}$

donde la especie A con exceso de energía interna (indicada por el asterisco) interactúa con B para formar el ion AB ⁺ .

Una o ambas especies que interactúan pueden tener un exceso de energía interna .

Ionización de intercambio de carga

La ionización por intercambio de carga (también llamada ionización por transferencia de carga ) es una reacción en fase gaseosa entre un ion y una especie neutra.

${\displaystyle A^{+}+B\to A+B^{+}}$

en el que la carga del ion se transfiere al neutro. ^[5]

Ionización química

En la ionización química, los iones se producen mediante la reacción de iones de un gas reactivo con otras especies. ^[6] Algunos gases reactivos comunes incluyen: metano , amoníaco e isobutano .

Quimioionización

La quimioionización se puede representar por

${\displaystyle G^{*}+M\to M^{+\bullet }+e^{-}+G}$

donde G es la especie en estado excitado (indicada por el asterisco en superíndice) y M es la especie que se ioniza por la pérdida de un electrón para formar el catión radical (indicado por el "punto más" en superíndice).

Ionización de pluma

^{La ionización de Penning se refiere a la interacción entre un átomo o molécula G *} en estado excitado en fase gaseosa y una molécula objetivo M, lo que da como resultado la formación de un catión molecular radical M ^+. , un electrón e ⁻ y una molécula de gas neutro G: ^[7]

${\displaystyle G^{*}+M\to M^{+\bullet }+e^{-}+G}$

La ionización de Penning ocurre cuando la molécula objetivo tiene un potencial de ionización menor que la energía interna del átomo o molécula en estado excitado. La ionización asociativa de Penning también puede ocurrir:

${\displaystyle G^{*}+M\to MG^{+\bullet }+e^{-}}$

Fragmentación

Hay muchas reacciones de disociación importantes que tienen lugar en la fase gaseosa.

Disociación inducida por colisión

CID (también llamada disociación activada por colisión - CAD) es un método utilizado para fragmentar iones moleculares en fase gaseosa. ^{[8] [9]} Los iones moleculares chocan con moléculas de gases neutros como el helio , el nitrógeno o el argón . En la colisión, parte de la energía cinética se convierte en energía interna , lo que provoca la fragmentación.

Carga de fragmentación remota

La fragmentación remota de carga es un tipo de ruptura de enlace covalente que ocurre en un ion en fase gaseosa en el que el enlace escindido no es adyacente a la ubicación de la carga. ^{[10] [11]}

Reacciones de transferencia de carga

Hay varios tipos de reacciones de transferencia de carga ^[12] (también conocidas como reacciones de permutación de carga ^[13] ): transferencia de carga parcial

${\displaystyle A^{2+}+B\to A^{+}+B^{+}}$,

reacción de eliminación de carga ^[14]

${\displaystyle A^{+}+B\to A^{2+}+B+e^{-}}$,

y reacción de inversión de carga ^[15] positiva a negativa

${\displaystyle A^{+}+B\to A^{-}+B^{2+}}$

y de negativo a positivo

${\displaystyle A^{-}+B\to A^{+}+B+2e^{-}}$.

Aplicaciones

Se han estudiado teóricamente con cierto detalle las interacciones por pares entre iones de metales alcalinos y aminoácidos, pequeños péptidos y nucleobases. ^[dieciséis]

Ver también

• Ionización adiabática
• Espectrometría de energía cinética de iones analizada en masa.
• Plasma (física)
• Michael T. Bowers
• R. Graham cocineros
• Helmut Schwarz

Referencias

1. Aubry, C. (2000). "Correlación de datos termoquímicos para la química de iones en fase gaseosa". Revista internacional de espectrometría de masas . 200 (1–3): 277–284. Código Bib : 2000IJMSp.200..277A. doi :10.1016/S1387-3806(00)00323-7.
2. Puro y aplicado. Química, vol. 70, núm. 10, págs. 1969-1976, 1998.
3. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "Teoría del estado de transición". doi :10.1351/librooro.T06470
4. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "ionización asociativa". doi :10.1351/libro de oro.A00475
5. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "ionización de intercambio de carga". doi :10.1351/libro de oro.C00989
6. Munson, MSB; Campo, FH J. Am. Química. Soc. 1966 , 88 , 2621-2630. Espectrometría de masas de ionización química. I. Introducción general.
7. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "Mezcla de gases de Penning". doi :10.1351/libro de oro.P04476
8. Wells JM, McLuckey SA (2005). "Disociación inducida por colisión (CID) de péptidos y proteínas". Espectrometría de masas biológica . Métodos en enzimología. vol. 402, págs. 148–85. doi :10.1016/S0076-6879(05)02005-7. ISBN 9780121828073. PMID  16401509. {{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )
9. Sleno L, Volmer DA (2004). "Métodos de activación iónica para espectrometría de masas en tándem". Revista de espectrometría de masas . 39 (10): 1091-112. Código Bib : 2004JMSp...39.1091S. doi :10.1002/jms.703. PMID  15481084.
10. Cheng C, ML bruto (2000). "Aplicaciones y mecanismos de fragmentación remota de carga". Espectro de masas Rev. 19 (6): 398–420. Código Bib : 2000MSRv...19..398C. doi :10.1002/1098-2787(2000)19:6<398::AID-MAS3>3.0.CO;2-B. PMID  11199379.
11. Bruto, M. (2000). "Fragmentación de carga remota: un relato de la investigación sobre mecanismos y aplicaciones". Revista internacional de espectrometría de masas . 200 (1–3): 611–624. Código Bib : 2000IJMSp.200..611G. doi :10.1016/S1387-3806(00)00372-9.
12. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "reacción de transferencia de carga (en espectrometría de masas)". doi :10.1351/librooro.C01005
13. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "reacción de permutación de carga". doi :10.1351/librooro.M04002
14. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "reacción de eliminación de carga". doi :10.1351/librooro.C01001
15. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "espectro de masas con inversión de carga". doi :10.1351/librooro.C00992
16. Rogers, María T.; Armentrout, Peter B. (2016). "Capítulo 4. Propiedades discriminatorias de los iones de metales alcalinos hacia los constituyentes de proteínas y ácidos nucleicos. Conclusiones de estudios teóricos y en fase gaseosa". En Astrid, Sigel; Helmut, Sigel; Roland KO, Sigel (eds.). Los iones de metales alcalinos: su papel en la vida . Iones metálicos en ciencias biológicas. vol. 16. Saltador. págs. 103-131. doi :10.1007/978-3-319-21756-7_4. PMID  26860300.

Bibliografía

• Fundamentos de la química de iones en fase gaseosa, Keith R. Jennings (ed.), Dordrecht, Boston, Kluwer Academic, 1991, págs.
• Química de iones en fase gaseosa, Michael T. Bowers, ed., Academic Press, Nueva York, 1979
• Química de iones en fase gaseosa, volumen 2.; Bowers, MT, Ed.; Prensa académica: Nueva York, 1979
• Química de iones en fase gaseosa, volumen 3., Michael T. Bowers, ed., Academic Press, Nueva York, 1983

enlaces externos

• http://webbook.nist.gov/chemistry/ion/