Química de iones en fase gaseosa

Campo de la ciencia

La química de iones en fase gaseosa es un campo científico que se engloba tanto en la química como en la física . Es la ciencia que estudia los iones y las moléculas en fase gaseosa, generalmente mediante alguna forma de espectrometría de masas . Las aplicaciones más importantes de esta ciencia son, con diferencia, 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 fase gaseosa y después extrapolar a una solución a granel.

Teoría

Teoría del estado de transición

La teoría del estado de transición es la teoría de las velocidades de las reacciones elementales que supone un tipo especial de equilibrio químico (cuasiequilibrio) entre los reactivos y los 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 unas pocas características de la superficie de energía potencial .

Formación de iones en fase gaseosa

El proceso de convertir un átomo o molécula en un ion mediante la adición o eliminación de partículas cargadas, como electrones u otros iones, puede ocurrir en la fase gaseosa. Estos procesos son un componente importante de la química de 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 único 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 exceso de energía interna .

Ionización por 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 a través de la reacción de los iones de un gas reactivo con otras especies. ^[6] Algunos gases reactivos comunes incluyen: metano , amoníaco e isobutano .

Quimioionización

La quimioionización se puede representar mediante

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

donde G es la especie del estado excitado (indicada por el asterisco 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" superíndice).

Ionización de Penning

La ionización de Penning se refiere a la interacción entre un átomo o molécula en estado excitado en fase gaseosa G ^* 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 se produce cuando la molécula objetivo tiene un potencial de ionización inferior a la energía interna del átomo o molécula en estado excitado. La ionización de Penning asociativa también puede producirse:

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

Fragmentación

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

Disociación inducida por colisión

La disociación activada por colisión (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 gas neutro como helio , nitrógeno o argón . En la colisión, parte de la energía cinética se convierte en energía interna, lo que da como resultado la fragmentación.

Cargar 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 está adyacente a la ubicación de la carga. ^{[10] [11]}

Reacciones de transferencia de carga

Existen 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

Las interacciones por pares entre iones de metales alcalinos y aminoácidos, péptidos pequeños y nucleobases se han estudiado teóricamente con cierto detalle. ^[16]

Véase también

• Ionización adiabática
• Espectrometría de energía cinética de iones analizada en masa
• Plasma (física)
• Michael T. Bowers
• R. Graham cocina
• 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 Bibliográfico :2000IJMSp.200..277A. doi :10.1016/S1387-3806(00)00323-7.
2. Pure & Appl. Chem., Vol. 70, No. 10, págs. 1969–1976, 1998.
3. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª edición (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "Transition State Theory". doi :10.1351/goldbook.T06470
4. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª edición (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "ionización asociativa". doi :10.1351/goldbook.A00475
5. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª edición (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "ionización por intercambio de carga". doi :10.1351/goldbook.C00989
6. Munson, MSB; Field, FH J. Am. Chem. Soc. 1966 , 88 , 2621-2630. Espectrometría de masas de ionización química. I. Introducción general.
7. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª edición (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "Mezcla de gases de Penning". doi :10.1351/goldbook.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. Número de identificación personal  16401509.
9. Sleno L, Volmer DA (2004). "Métodos de activación iónica para espectrometría de masas en tándem". Journal of Mass Spectrometry . 39 (10): 1091–112. Bibcode :2004JMSp...39.1091S. doi :10.1002/jms.703. PMID  15481084.
10. Cheng C, Gross ML (2000). "Aplicaciones y mecanismos de fragmentación de carga remota". Mass Spectrom Rev . 19 (6): 398–420. Bibcode :2000MSRv...19..398C. doi :10.1002/1098-2787(2000)19:6<398::AID-MAS3>3.0.CO;2-B. PMID  11199379.
11. Gross, 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 Bibliográfico :2000IJMSp.200..611G. doi :10.1016/S1387-3806(00)00372-9.
12. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "reacción de transferencia de carga (en espectrometría de masas)". doi :10.1351/goldbook.C01005
13. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "reacción de permutación de carga". doi :10.1351/goldbook.M04002
14. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "reacción de eliminación de carga". doi :10.1351/goldbook.C01001
15. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª edición (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "espectro de masas de inversión de carga". doi :10.1351/goldbook.C00992
16. Rogers, Mary T.; Armentrout, Peter B. (2016). "Capítulo 4. Propiedades discriminantes de los iones de metales alcalinos en relación con 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 las ciencias de la vida. Vol. 16. Springer. págs. 103–131. doi :10.1007/978-3-319-21756-7_4. ISBN 978-3-319-21755-0. Número de identificación personal  26860300.

Bibliografía

• Fundamentos de la química de iones en fase gaseosa, Keith R. Jennings (ed.), Dordrecht, Boston, Kluwer Academic, 1991, págs. 226-8
• Química de iones en fase gaseosa, Michael T. Bowers, ed., Academic Press, Nueva York, 1979
• Química de iones en fase gaseosa, vol. 2; Bowers, MT, Ed.; Academic Press: Nueva York, 1979
• Química de iones en fase gaseosa, vol. 3, Michael T. Bowers, ed., Academic Press, Nueva York, 1983

Enlaces externos

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