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Química de iones en fase gaseosa

La química de iones en fase gaseosa es un campo científico que abarca tanto la química como la física . Es la ciencia que estudia iones y moléculas en fase gaseosa, generalmente...

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La química de iones en fase gaseosa es un campo científico que abarca tanto la química como la física . Es la ciencia que estudia iones y moléculas en fase gaseosa, generalmente mediante algún tipo de espectrometría de masas . Las aplicaciones más importantes de esta ciencia se encuentran en 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 pueden estudiarse en fase gaseosa y luego extrapolarse a la solución en masa.

Teoría

Teoría del estado de transición

La teoría del estado de transición es la teoría de las velocidades de las reacciones elementales que presupone un tipo especial de equilibrio químico (cuasi-equilibrio) 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 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 mediante la adición o eliminación de partículas cargadas, como electrones u otros iones, puede ocurrir en fase gaseosa. Estos procesos constituyen un componente importante de la química iónica 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 ]

A∗+B→AB+∙+mi−{\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 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.

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

en la 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 puede representarse mediante

GRAMO∗+METRO→METRO+∙+mi−+GRAMO{\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 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 que da como resultado la formación de un catión molecular radical M + , un electrón e − , y una molécula de gas neutra G: [ 7 ]

GRAMO∗+METRO→METRO+∙+mi−+GRAMO{\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. También puede producirse la ionización de Penning asociativa :

GRAMO∗+METRO→METROGRAMO+∙+mi−{\displaystyle G^{*}+M\to MG^{+\bullet }+e^{-}}

Fragmentación

En la fase gaseosa tienen lugar numerosas reacciones de disociación importantes.

Disociación inducida por colisión

La CID (también llamada disociación activada por colisión - CAD) es un método utilizado para fragmentar iones moleculares en fase gaseosa. [ 8 ] [ 9 ] Los iones moleculares colisionan 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 roto no es 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

A2++B→A++B+{\displaystyle A^{2+}+B\to A^{+}+B^{+}},

reacción de despojo de carga [ 14 ]

A++B→A2++B+mi−{\displaystyle A^{+}+B\to A^{2+}+B+e^{-}},

y reacción de inversión de carga [ 15 ] de positivo a negativo

A++B→A−+B2+{\displaystyle A^{+}+B\to A^{-}+B^{2+}}

y de negativo a positivo

A−+B→A++B+2mi−{\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

Referencias

  1. ↑ Aubry, C. (2000). "Correlación de datos termoquímicos para la química de iones en fase gaseosa". International Journal of Mass Spectrometry . 200 ( 1– 3): 277– 284. Bibcode : 2000IJMSp.200..277A . doi : 10.1016/S1387-3806(00)00323-7 .
  2. ↑ Pure & Appl. Chem., Vol. 70, No. 10, pp. 1969–1976, 1998.
  3. ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " Teoría del Estado de Transición ". doi : 10.1351/goldbook.T06470
  4. ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " ionización asociativa ". doi : 10.1351/goldbook.A00475
  5. ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión 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 , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión 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. PMID 16401509 . 
  9. ↑ Sleno L, Volmer DA (2004). "Métodos de activación de iones 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 remota de carga". 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 remota de carga: un relato de la investigación sobre mecanismos y aplicaciones". International Journal of Mass Spectrometry . 200 ( 1– 3): 611– 624. Bibcode : 2000IJMSp.200..611G . doi : 10.1016/S1387-3806(00)00372-9 .
  12. ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " reacción de transferencia de carga (en espectrometría de masas) ". doi : 10.1351/goldbook.C01005
  13. ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " reacción de permutación de carga ". doi : 10.1351/goldbook.M04002
  14. ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " reacción de eliminación de carga ". doi : 10.1351/goldbook.C01001
  15. ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión 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 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 de la vida. Vol. 16. Springer. pp. 103–131 . doi : 10.1007/978-3-319-21756-7_4 . ISBN   978-3-319-21755-0. PMID 26860300 . 

Bibliografía

  • Fundamentos de la química de iones en fase gaseosa, Keith R. Jennings (ed.), Dordrecht, Boston, Kluwer Academic, 1991, págs.  226-228.
  • 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.
  • http://webbook.nist.gov/chemistry/ion/