Tunnereaktiot

Tunnereaktiot ovat kemiallisia reaktioita, joissa kvanttitunneli mahdollistaa hiukkasen, useimmiten protonin tai hydridin, siirtymisen potentiaalin esteen läpi reaktion edetessä. Tällainen läpäisy voi tapahtua vaikka hiukkasen klassinen kineettinen energia alittaisi esteen korkeuden. Tunnereaktiot ovat erityisen tärkeitä matalissa lämpötiloissa sekä biologisissa ja epäorgaanisissa järjestelmissä.

Usein kyse on protonin tai hydridin siirtymisestä reaktiokeskuksessa; kevyet hiukkaset tuntevat kvanttitunnelingin tehokkaasti, kun este on korkea mutta kapea. Raskampiakin tapauksia on, mutta ne ovat harvinaisempia.

Teoreettisesti tunnereaktiot voidaan sisällyttää klassiseen siirtymätilateoriaan lisäämällä tunneling-korjauksia. Keskeisiä lähestymistapoja ovat WKB-arvio, instanton-teoria sekä polkuintegraatioon pohjautuvat laskentamenetelmät.

Esimerkkejä tunnereaktioista ovat intramolekulaarinen protoninsiirtyminen malonaldehidessa sekä monien entsyymien katalysoimat reaktiot, joissa tunneling vaikuttaa suurelta osin. Kokeellisesti tunnereaktiot ilmenevät epälineaarisena kineettisen isotooppivaikutuksena, poikkeamina Arrhenius-kaaren käyttäytymiseen ja suurina tunneling-energiaan perustuvina käytöksen muutoksina erityisesti matalissa lämpötiloissa.

Merkitys: tunnereaktiot selittävät reaktioita, joita ei voi selittää pelkällä klassisella termisellä energiatasolla, ja ne ovat tärkeitä astrokemian sekä biokemian sekä materiaalitieteen sovelluksissa.