ChemX，化学/成分解读/科普 温度越高，化学反应速率不一定越快！ 在化学动力学中，温度越高，化学反应速率越快，这似乎是最根本的化学常识。阿伦尼乌斯方程也指出，当温度越高的时候，所对应的化学反应速率越快。 著名的阿伦尼乌斯方程 阿伦尼乌斯方程是最早由范特霍夫提出，瑞典科学家阿伦尼乌斯进一步分析得到的温度和反应速率的关系，并且提出能垒 Ea 的存在。 当一个化学反应进行的时候，往往会跨越一个 “能垒”，即“活化能”，反应物先要到达一个比较高的能量状态（过渡态），跨越这个能垒，才能抵达反应物。当升高温度的时候，也就意味着提升反应体系的能量，帮助他更好地跨过能垒，使得反应速率变快。对温度的控制，是改变化学反应速率很重要并且极其普遍的手段。 但是在低温领域，却有例外。会出现温度越低，化学反应速率越快的反常现象。 在化学反应中存在着“量子遂穿”效应，量子遂穿效应使得反应物无需克服能垒，直接从比较低的能量态就可以抵达产物，就好像直接把能垒挖穿了，形成了一条隧道。 Schreiner 等人[1]研究了甲醛（HCHO）的同分异构体羟基亚甲卡宾（HCOH）,发现在温度为 10K 的固态氩中才成功地分离得到了 HCOH，而 HCOH 也只需几分钟就会完全转变为甲醛。而早期化学家认为 HCOH 相对稳定，从 HCOH 到甲醛的反应活化能是很高的，由于量子遂穿效应，HCOH 能够非常迅速转化成为甲醛，而不用克服很高的能垒。 由于量子遂穿效应，HCOH 能够非常迅速转化成为甲醛，而不用克服很高的能垒。 另外的一个例子是 Shannon 等人[2]研究了羟基自由基和甲醇之间的反应。发现该反应在 63K 时比在 200K 速度更快。 也就意味着，低温能加快这个化学反应的速率，显然这与我们熟知的阿伦尼乌斯定律违背。通讯作者 Heard [2]声称： “随着能量的降低，通过能垒的能力也随之降低；如此，我们可以很容易地想到，随着温度的降低，化学反应速度也会变慢。但是，量子力学却告诉我们，这个能垒是可以被欺骗的——具体的方法就是挖掘出一条‘量子隧道’。” 这些研究表明，在极端低温的星际环境下，化学反应的一些规律会与地球上不一样，在星际环境中，量子效应的存在，使得一些化学反应比地球上更加容易发生，Cavallari 等人[3]指出星际间的碳与氢在低温下生成复杂有机物。 在低温的星际环境下，化学反应的规律可能和我们所熟知的不一样，在我们看起来反应很困难的过程，可能很容易发生。 2017 年的一份研究[4]，指出在同一个分子内还可能发生多个粒子同时遂穿，两个氢原子同时在不同的氮原子来回迁移，造成原子位置和分子形状的变化，STM 的扫描图像也因此出现了条带。 在同一个分子内观察到的量子遂穿效应。
