Exotische Quanteneffekte treten schon bei Raumtemperatur auf und haben Einfluss auf die Chemie um uns herum!

Objekte der Quantenwelt sind meist verdeckt und von kaltblütiger Natur, da sie sich gewöhnlich nur auf einer Quantenweise benehmen, wenn sie deutlich abgekühlt und von der Umwelt isoliert werden.

Neueste Experimente, ausgeführt von Chemikern und Physikern aus Warschau, haben dieses Bild jedoch zerstört. Es stellte sich heraus, dass nicht nur einer der interessantesten Quanteneffekte bei Raumtemperatur und höher stattfindet, sondern dieser auch eine tragende Rolle im Verlauf der chemischen Reaktionen in Lösungen spielt!

Wir leiten allgemein unsere experimentellen Kenntnisse der Quanten-Phänomene aus Experimenten bei extrem niedrigen Temperaturen ab, unter Verwendung von hoch entwickelten Geräten unter exotischen Bedingungen und in einem Vakuum durchgeführt, nur um Quantenobjekte aus dem störenden Einfluss der Umgebung zu isolieren. Wissenschaftler vom Institut für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften (IPC PAS) in Warschau unter der Leitung von Prof. Jacek Waluk und Prof. Czeslaw Radzewicz von der Fakultät für Physik der Universität Warschau (FUW), haben gezeigt, dass eines der spektakulärsten Quantenphänomene – das Tunneling – auch bei Temperaturen oberhalb des Siedepunktes von Wasser erfolgt. Die Ergebnisse der Messungen lassen keinen Zweifel, in Bedingungen typisch für unsere Umgebung, stellte sich jetzt heraus, dass das Tunneling für chemische Reaktionen der verantwortliche Hauptfaktor sei!

“Seit einiger Zeit haben sich Chemiker an die Idee gewöhnt, dass die Elektronen in Molekülen tunneln können. Wir haben gezeigt, dass im Molekül (auch für Protonen), d. h. in Kernen von Wasserstoffatomen, das Tunneln möglich ist. So haben wir den Beweis, dass eine grundlegende chemische Reaktion als Folge des Tunnelns auftreten kann, und das zusätzlich bei Raumtemperatur oder höher.” – erklärte Prof. Waluk.

Ein Quantentunnel tritt auf, wenn Elektronen die Energie zum Überwinden einer Energiebarriere fehlt, dann nämlich „tunneln“ sie einfach durch diese Barriere hindurch. Nach den Vorstellungen der klassischen Physik wäre dies unmöglich, nach der Quantenmechanik ist es jedoch möglich. Somit gibt der Tunneleffekt an, dass ein atomares Teilchen eine Potentialbarriere von endlicher Höhe auch dann überwinden kann, wenn seine Energie geringer als die Höhe der Barriere ist.

– DENKE-ANDERS-BLOG –

Journal Reference:

1. Piotr Ciąćka, Piotr Fita, Arkadiusz Listkowski, Czesław Radzewicz, Jacek Waluk. Evidence for Dominant Role of Tunneling in Condensed Phases and at High Temperatures: Double Hydrogen Transfer in Porphycenes. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2016; 7 (2): 283 DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b02482