ANNUAL REPORT 2011 - Instituto de Estructura de la Materia

Los principales resultados de estas líneas están reflejados en las publicaciones correspondientes, reseñadas másadelante en esta Memoria.Cinética de plasmas fríos y estudios de interacciones plasmas-superficiesSe ha investigado experimental y teóricamente, con ayuda de modelos cinéticos elaborados por nosotros, el efectoque pequeñas variaciones de presión ejercen sobre las características de diferentes descargas de cátodo hueco conH 2 , mezclas de Ar/H 2 y aire. Se han observado cambios bastante abruptos en el intervalo de presiones estudiado,0.5 - 3 Pa, muy útiles para identificar los procesos fisicoquímicos clave en estos plasmas.Se ha estudiado el efecto de intercambio isotópico en plasmas fríos a baja presión de H 2 /D 2 generados en un reactorde descarga en cátodo hueco de acero inoxidable por espectrometría de masas de iones y neutros, y medidas detemperatura y densidad electrónica. Estos plasmas son de interés en dispositivos de fusión, química interestelar, yprocesos tecnológicos de deposición de películas conteniendo hidrógeno. Los datos muestran buen acuerdo con elmodelo. A la disociación de los precursores sigue el reciclado en pared, que regenera H 2 y D 2 y produce HD. Se haencontrado que la recombinación atómica en pared ocurre mediante un mecanismo de Eley-Rideal, con preferenciapara átomos de D en fase gas frente a H. Respecto a los iones, resultan dominantes H 3 + , H 2 D + , HD 2 + y D 3 + ,producidos por reacciones entre iones y moléculas diatómicas.Se ha investigado también la cinética de plasmas de H 2 + 10% N 2 entre 0.8 y 8 Pa, usando las mismas técnicas delapartado anterior. El análisis de datos ha permitido identificar los principales mecanismos responsables de lasdistribuciones de neutros e iones encontradas y su evolución con la presión. En la química de neutros domina laformación de NH 3 (hasta un 70% del N 2 remanente) en las paredes metálicas mediante sucesivas hidrogenaciones deN y radicales nitrogenados. Para reproducir teóricamente los resultados obtenidos, es preciso incluir mecanismos deEley–Rideal y Langmuir–Hinshelwood. La distribución de iones, debida íntegramente a procesos en fase gas, esproducto de la competencia entre ionización directa por impacto electrónico, que depende de la temperaturaelectrónica y química ión-molécula. A 0.8 Pa aparecen en concentraciones comparables los iones H 3 + , N 2 H + yNH 4 + ,producidos por protonación de las moléculas precursoras, y H 2 + y NH 3 + , provenientes de ionización directa. A8 Pa, las colisiones de H 3 + , NH 3 + y N 2 H + con NH 3 son responsables de la gran prevalencia final de NH 4 + .Se ha realizado además una revisión general de los procesos químicos más importantes en plasmas fríos generadosen descargas luminiscentes, tanto en fase gas como en las superficies en contacto con el plasma, incluyendoejemplos ilustrativos de los distintos procesos, así como las técnicas de caracterización más importantes.Dinámica y cinética de reacciones químicas. Procesos inducidos por láserSe ha continuado el estudio de la dinámica de las reacciones de intercambio de proton (o deuterón) D + + H 2 y H + +D 2 , poniendo especial énfasis en la simulación del conjunto de medidas de secciones eficaces y coeficientescinéticos acumulados desde los ochenta para estos sistemas. Los resultados de esta exhaustiva comparación sepresentarán en un futuro próximo. Utilizando métodos mecanocuánticos (QM) y trayectorias quasiclásicas (QCT) sehan calculado coeficientes cinéticos para las variantes isotópicas de la reacción H+H 2 más diferentes en masa; enconcreto para los sistemas Mu+H 2 y Heμ+H 2 , donde Mu es muonio y Heμ es un átomo de He en el que uno de loselectrones se ha sutituido por un muón negativo. Los resultados se han comparado con las recientes medidasexperimentales y cálculos de Fleming et al. (Science 331, 448, 20211). El método QCT reproduce razonablemtebien las observaciones si se pesan las trayectorias con una función gausiana que favorezca aquella más próximas a laacción vibracional cuántica. El análisis delos resultados muestra que la gran energía de punto cero del productoMuH es el factor clave en gran efecto isotópico encontrado. Estos trabajos se han llevado a cabo dentro del marco denuestra “Unidad Asociada de Química Física molecular”, que incluye a grupos de la Universidad Complutense y delInstituto de Química Física Rocasolano. En el contexto de esta colaboración se han estudiado también procesosinducidos por láser. La generación de armónicos altos a partir de plasmas metálicos se estudió usando pulsos láserde 1 kHz. Se investigó la fotodisociación de agregados de pirrol-amoniaco utilizando la técnica de proyección delmapa de velocidades (velocity map imaging). Los resultados indicaron que proceso transcurre mediante una rupturadirecta del enlace NH. También se realizó un estudio combinado experimental (“slice imaging”) y teórico (paquetesde ondas en superficies múltiples) de la fotodisociación a 304 nm del CH 3 I. El análisis de los resultados mostró queconcurrían canales adiabáticos y no adiabáticos en la disociación.Pueden encontrarse más detalles acerca de esta línea de investigación y los investigadores y personal de apoyo queparticipan en ella en nuestra página web: http://www.iem.cfmac.csic.es/departamentos/fismol/fmap/main.htm35