Approche théorique des collisions réactives de type ion-molécule

par Mohamed Achref Gannouni

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Majdi Hochlaf.

Le président du jury était Mohamed Taher Jerad.

Le jury était composé de Majdi Hochlaf, Nejmeddine Jaïdane, Gilberte Chambaud.

Les rapporteurs étaient Laurent Bonnet, Abdelmanef Abderrabba.


  • Résumé

    La collision entre l'ion hydroxyle (OH+) et l'atome d'hydrogène (H) joue un rôle majeur en physico-chimie de l'atmosphère et en astrophysique. Pour l'étude de ce système, nous avons générés la surface d'énergie potentielle tridimensionnelle (SEP-3D) globale doublet de la réaction H + OH+ --- H2O+ (X2B1)--- O + H2+. Les calculs électroniques ont été effectués au niveau MRCI avec la base aug-cc-pV5Z en incluant la correction des erreurs de superposition de base (BSSE). Cette SEP couvre la région moléculaire et les régions des longues portées pour les différents canaux : OH+ + H, O + H2+ et la réaction d'échange d'hydrogène. La qualité de la SEP a été validée après une comparaison des constantes spectroscopiques de H2O+ (X2B1) et des fragments diatomiques, des niveaux rovibroniques de H2O+ (X2B1), l'énergie de dissociation et de la barrière à linéarité pour H2O+ (X2B1) aux données expérimentales et théoriques existantes. Un bon accord est trouvé. Après avoir déterminé la SEP, nous avons utilisé les outils de la dynamique quantique indépendante du temps pour calculer les sections efficaces élastiques et inélastiques désexcitation de OH+ (v=0, j=1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7) en collision avec l'atome d'hydrogène sur un large domaine d'énergie cinétique. Nous avons ainsi déterminé les taux désexcitation rotationnelle pour des températures allant de 10 à 200K. Nous avons également utilisé la surface quadruplet de Martinez et al. pour déduire ces taux désexcitation. Les résultats montrent que les sections efficaces inélastiques calculées sur la surface doublet sont en moyenne au moins deux à trois fois plus importantes que leurs correspondantes obtenues sur la surface quartet. Les potentiels à longue portée des deux surfaces étant identiques, ce résultat montre qu'un modèle basé sur la seule longue portée du potentiel ne pourrait pas rendre compte de la dynamique inélastique de ce système

  • Titre traduit

    Theoretical collision type reactive ion-molecule


  • Résumé

    The collision between the hydroxyl cation (OH+) and hydrogen atoms (H) plays a major role in physical chemistry of the atmosphere and astrophysics. To study this system, we generated the global three-dimensional potential energy surface (3D-PES) of the reaction H + OH+ ---- H2O+ (X2B1) ---- O + H2+. The electronic calculations were performed at the MRCI level with aug-cc-pV5Z basis including the basis set superposition error (BSSE) correction. This PES covers the molecular region and the long ranges close to the OH+ + H, O + H2+ and the hydrogen exchange channels. The quality of the PES is checked after comparison of the spectroscopic constants of H2O+ (X2B1) and of the diatomic fragments, the rovibronic levels, the dissociation energy, and the barrier to linearity of H2O+ (X2B1) to available experimental and theoretical data. A good agreement is found. Then, we used the tools of time-independent Quantum Dynamics to calculate the elastic and inelastic cross sections for the de-excitation of OH+ in collision with the hydrogen atom over a wide range of kinetic energy. We have thus determined the rotational de-excitation rate coefficients for temperatures ranging from 10 up to 200K. The results show that the inelastic cross sections on the doublet surface are on average at least two to three times larger than their cross section obtained on the previously computed cross sections using the quartet surface. Since, the long range parts of the doublet and the quartet PESs are identical, our work invalidates hence previous cross section determination. When only long range potentials are considered. Therefore, we recommend using fully the global 3D PES for scattering and reactive collision relevant for atmospheric and astrophysical studies


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