SURFACE CHEMISTRY OF MOLECULES OF ASTROPHYSICAL INTEREST: THEORY AND SIMULATIONS

Resumen

En esta tesis he investigado algunos de los puntos críticos acerca de la formación de iCOMs en el polvo helado interestelar. En particular, he abordado el problema de la síntesis de iCOMs en las superficies de los granos de polvo interestelar desde un punto de vista teórico con cálculos de química cuántica. Dichos cálculos han demostrado que las reacciones radical-radical en el hielo interestelar (i) pueden tener barreras de energía de activación debidas principalmente a la interacción radical-superficie, (ii) pueden tener canales competitivos distintos a la formación de iCOMs como el de la abstracción directa de hidrógeno, en el que un radical toma un átomo de H del otro y (iii) la aparición de un canal u otro puede depender totalmente de su orientación al encontrarse. Estos resultados tienen un fuerte impacto en la comunidad de astroquímicos ya que en la mayoría de los casos se suele asumir que las reacciones radical-radical no tienen barreras y que sólo pueden producir iCOMs. Otro punto que hemos abordado en esta tesis es la importancia de las energías de enlace a la hora de calcular las eficiencias de las reacciones radical-radical, que dependen fuertemente de las escalas de tiempo de difusión, que a su vez dependen de las energías de enlace y de la relación de energía de activación entre difusión y desorción. Hemos demostrado que, para la formación de acetaldehído a partir del acoplamiento de radicales CH3 y HCO, la elección de la relación de energía de activación entre difusión y desorción afecta en gran medida a las conclusiones, y que el efecto tunel en la abstracción directa de H (en este caso HCO + CH3 --> CO + CH4) pueden ser de gran importancia a bajas temperaturas. Las velocidades de reacción relacionadas con las energías de activación se obtuvieron mediante la teoría de Rice-Rampsberger-Kassel-Marcus (RRKM), es decir, la contraparte microcanónica de la teoría clásica de estados de transición, mientras que las constantes de velocidad de desorción y difusión se simularon mediante la ecuación de Eyring. Por último, también hemos abordado el problema del destino de la energía tras una reacción química en los hielos interestelares superiores. Hemos estudiado cómo se reparte la energía liberada por H + CO --> HCO y H + H --> H2 entre la molécula producto y la superficie mediante dinámica molecular ab initio. Para la primera reacción, la superficie se modeló mediante un hielo cristalino Ih (proton ordered) para limitar la complejidad del sistema (en una superficie tan ordenada, el número de sitios de unión se reduce drásticamente a unos pocos que se repiten periódicamente). Encontramos que la energía liberada es absorbida y disipada muy eficientemente por la estructura del hielo en aproximadamente 1 ps, de modo que el producto HCO permanece adsorbido en la superficie del hielo. En el segundo caso, hemos estudiado la formacion de H2 sobre un modelo cristalino y en tres puntos diferentes de un modelo amorfo. En todos los casos, la estructura del hielo absorbe aproximadamente la mitad de la energía liberada al formarse el H2, lo cual no es suficiente para que el H2 permanezca adsorbido, por lo que su destino es probablemente la sublimación con una cierta cantidad de excitación vibracional (se ha comprobado que se excita vibracionalmente durante los primeros ps). Se observó que la región en la que se formó la molécula de H2 permaneció energizada durante unos 100-200 fs, por lo que no podemos rechazar la idea de que la energía liberada por dichas reacciones pueda ser utilizada por otras especies con bajas energías de enlace para ser expulsadas al gas.

Fecha de lectura	18 oct 2021
Idioma original	Inglés
Supervisor	Ceccarelli Maria Cecilia (Director/a) & Albert Rimola Gibert (Director/a)