Theoretical study of reactive collisions of atom type + polyatomic molecule

Etude théorique des collisions moléculaires réactives de type atome + molécule polyatomique

Ridha Ben Bouchrit (1)

1 UTINAM - Univers, Transport, Interfaces, Nanostructures, Atmosphère et environnement, Molécules (UMR 6213)

We have studied the reactive collisions, O (1D) + CH4 and O (1D) + H2O, of atmospheric and astrophysical interest, using different quantum chemistry methods and reaction dynamics approaches. For the first reaction, quantum dynamical calculations using a time-independent method were carried out on an existing potential energy surface by considering CH3 as a pseudo-atom. This reduced dimensionality approach, i.e. a pseudo triatomic model, yielded the calculation of the reaction probabilities at zero total angular momentum (J = 0). The cross sections and reaction rates have been computed by the approximate J-shifting method. Our quantum results were compared with results obtained by a quasi-classical trajectory method and experimental predictions. These comparisons, among others, have enabled the fact that the channel CH3 + OH was the main exit channel for this reaction. The second reaction O(1D) + H2O has been studied at the level of electronic structure. We have characterized the outline of the potential energy surface of H2O2 , taking into account all the degrees of freedom at a high level calculation (MRCI: Multi Reference Configuration Interaction). Thus, we were able to determine with great accuracy the geometries, frequencies and energies of isomers of the H2O2 system and its energy diagram. In the future, a potential energy surface has to be built to be used in the dynamical calculations for this reaction.

Nous avons étudié les collisions réactives O(1D) + CH4 et O(1D) + H2O d’intérêt atmosphérique et astrophysique à l’aide de méthodes de chimie quantique et de dynamique réactionnelle. Pour la première réaction, des calculs de dynamique quantique à l’aide d’une méthode indépendante du temps ont été entrepris sur une surface d’énergie potentielle existante en considérant CH3 comme un pseudo-atome. Cette approche à dimensionnalité réduite, qualifiée ici de modèle pseudo-triatomique, a permis d’obtenir les probabilités de réaction à un moment angulaire total nul (J=0), puis de calculer les sections efficaces et les taux de réaction par une méthode approchée de type J-shifting. Nos résultats quantiques ont été comparés aux résultats obtenus par une méthode quasi-classique de trajectoires et aux prédictions expérimentales. Ces comparaisons ont, entre autre, validé le fait que la voie de sortie OH + CH3 était la voie principale pour cette réaction. La seconde réaction O(1D) + H2O a été abordée d’un point de vue structure électronique. Nous avons caractérisé les grandes lignes de la surface d’énergie potentielle de H2O2 en tenant compte de tous les degrés de liberté avec une méthode de calcul de haut niveau (MRCI : Multi Reference Configuration Interaction). Ainsi, nous avons pu déterminer avec une grande précision les géométries, les fréquences et les énergies des isomères du système H2O2 ainsi que son diagramme énergétique. A l’avenir, il faudra construire une surface d’énergie potentielle qui sera utilisée pour décrire la dynamique de cette réaction.

Mots clés: Reaction dynamics; Quantum reactive scattering; Molecular collisions; Rate constants; Approximate model; Time-independent method; Atmospheric interest

Mots clés: Réactions chimiques; Réaction quantique; Collusions moléculaires

Domaines: Physique Nucléaire Expérimentale [nucl-ex]

Ridha Ben Bouchrit. Etude théorique des collisions moléculaires réactives de type atome + molécule polyatomique. Physique Nucléaire Expérimentale [nucl-ex]. Université de Franche-Comté, 2015. Français. ⟨NNT : 2015BESA2037⟩. ⟨tel-01662465⟩