title: Proton transfer reactions forming the isomers HCO+ and HOC+
Creators: name: Kainz, Martin
Publisher: name: TU Wien
Year: 2014
Subjects: subject: Molekülphysik
subject: Ionenphysik
subject: Astrophysik
subject: molecuar physics
subject: ion physics
subject: astro physics

description: In dieser Arbeit berichte ich von dem dynamischen Streuverhalten von Protontransfer Reaktionen welche die Isomere HCO+ and HOC+ erzeugen. Die zwei untersuchten Reaktionen sind H+3 +CO-HCO+/HOC++H2 und HOCO++CO-HCO+/HOC++CO2. Die erste dieser Ion-Molekül Reaktionen hat sehr großes Interesse in der Astrochemie, weil sie eines der häufigsten Ionen (dreiatomiges Wasserstoffkation) und das zweithäufigste Molekül (Kohlenstoffmonoxid) im interstellaren Medium und zirkumstellaren Hüllen beinhaltet. Der erste Abschnitt der Arbeit beschreibt eine Zusammenfassung von vorhergehenden Untersuchungen von den zwei Isomeren. Diese Untersuchungen beinhalten astronomische Beobachtungen, theoretische Berechnungen und experimentelle Studien. Des Weiteren wird der experimentelle Aufbau, welcher für die Untersuchung der Gasphase verwendet wird, beschrieben. Das Aufbau kombiniert ein Kreuzstrahlexperiment und ein Velocity-Map-Imaging-Spektrometer. Im zweiten Teil werden die Messergebnisse der zwei untersuchten Reaktion diskutiert. Die ermittelten dreidimensionalen Geschwindigkeitsbilder zeigen eine Vorwärtsstreuung für alle untersuchten Kolissionenergien aber keine kinetische Trennung der zwei Isomere. Ein Fit für die Verteilung der internen Energie wird vorgestellt, mit welchem eine obere Schranke für das HOC+/HOC+ Verhältnis bestimmt werden kann. Der limitierende Faktor für eine gute Trennung der zwei unterschiedlichen Isomere ist die hohe interne Anregung der Produkte. Abschließend wird ein Ausblick für Verbesserungen der Ionenstrahlerzeugung präsentiert und weitere mögliche experimentelle Untersuchungen werden vorgestellt.
description: In this thesis I report on the dynamical scattering properties of proton transfer reactions producing the isomers HCO+ and HOC+. The two investigated reactions are H+3+CO-HCO+/HOC++H2 and HOCO++CO-HCO+/HOC++CO2. The first of these ion-molecule reactions is of great interest in astrochemistry because it involves one of the most abundant ions (trihydrogen cation), as well as the second-most common molecule (carbon monoxide) in the interstellar medium and circumstellar envelopes. The first section of this thesis describes a summary of previous investigations of the two isomers, either astronomical observations, theoretical calculations or experimental studies. Furthermore the experimental setup applied for the gas phase study, consisting of a crossed beam machinery in combination with a velocity map imaging spectrometer, is described. In the second part I discuss the measurement results of the two reaction. The obtained 3D-velocity images show forward scattering for all investigated collision energies but a kinematic separation of both species is not possible. A fit for the internal energy distribution of the reactions is performed and an upper bound for the HOC+/HOC+ ratio is determined. The limiting factor for a separation of the two isomers appears to be the high internal excitation of the products. The thesis concludes with an outlook for the improvement concerning the ion-beam preparation, as well as further experimental plans.