イオン-分子反応
電荷を持たない分子同士が結合を組み替える反応で、たとえば
AB + C → [A...B...C] → A + BC
という素反応を考えるとき、遷移状態 [A...B...C] は A-B の結合も B-C の結合も安定状態にあらず、反応において超えるべきエネルギー障壁となる。このような反応は分子雲のような低温環境 (およそ 80 K 以下、星間物質を参照) において、発熱反応でも反応速度が遅い。
電荷を持たない分子同士でも、たとえばラジカル同士の反応のようにもともとの分子が不安定状態にある、
D• + E• → D-E
といった反応は障壁は無い。しかし、この反応では DE が得た結合エネルギーを他に逃がすことができず、ただちに、逆反応によって解離してしまう。反応が不可逆的に進むためには、
D + E + M → D-E + M
のような三体反応でなければいけない。しかしこのような反応は低密度(およそ10気圧)の分子雲では起こらない(3粒子が一度に衝突することがほとんどあり得ない)。
以上のようなことから、低温で低密度な分子雲で起こる反応は、結合の組み替えの起こる反応で、かつ障壁の低い反応でなければいけない。
下記のようなイオン-分子反応では中間体 [A-B-C] 形成時、元の結合を伸ばすのに必要なエネルギーをクーロン力による安定化によって補えるので、障壁は無いかごく低い反応となる。
AB + C → [A-B-C] → A + BC
また結合を組み替える反応なので、結合解離エネルギーを生成物の運動エネルギーへ逃がすことができる。よって、低温で低密度な分子雲においては、イオン-分子反応が主に進行し、分子が形成されていると考えられる。