Фемтосекундті химия

І. Кіріспе
ІІ. Фемтосекундті импульстердің ерекшелігі
ІІІ. Фемтохимияның негізгі мәселелері
IV. Фемтохимияның экспериментальді әдістері
V. Химиялық реакция нәтижесіндегі молекулааралық процестердің
өтпелі күй динамикасы
VI. Лезде жүретін химиялық реакция жылдамдықтары
VIІ. Элементарлы химиялық актты және молекулаішілік динамиканы
басқару
VIII. Фемтохимияның болашағы
Қорытынды
Қарапайым химиялық реакция қалай жүзеге асырылады? Әрекеттесуші жүйенің аралық кескін үйлесімдігі қандай? Химиялық реакцияның жылдамдығы мен бағытын қалай басқаруға болады? Бұл сұрақтарды химиктер өздеріне химияның дамуынан бастап қоюда. Дегенмен бұл сұрақтардың және оларға берілетін жауаптардың нақтылығы қарапайым процестер және де экспериментальді мүмкіндіктерге байланысты.
Қазіргі күнге дейін барлық қарапайым реакциялардың эксперимент нәтижелері – реагенттердің немесе реакция өнімдерінің уақытша эволюциясын байқаған. Дегенмен реагенттердің молекулярлы массасы әр түрлі күйлер арқылы өтеді, ал оларды біз реагенттерге де, өнімдерге де жатқыза алмаймыз, өйткені ол толық өнімге айналып болған жоқ. Экспериментаторлар пікірі бойынша бұл күйге сәйкес келетін аймақты «қара жәшік» деп атайды, өйткені эксперимент олардың құрылымы және өзгерісі жайлы ешқандай мәлімет бермейді. Химиктер бұл атомаралық аймақты - өтпелі күй деп атады.
Ал қара жәшіктегі кескін үйлесімінің уақытша эволюциясын «өтпелі күйдің динамикасы» деп атайды.
Молекулярлы реакцияға түсетін жүйенің өтпелі күй арқылы өтyі – химиялық реакцияның элементарлы актысы деп атады. Реакцияның жолы потенциалды энергияның атомаралық арақашықтыққа тәуелділігімен сипатталады.
Теоретиктер реагенттер мен өнімдердің кинетикасын зерттеу нәтижелері бойынша өтпелі күйдің динамикасын қалпына келтіруге тырысады.
Бірақ бұл процесс көбінесе мүмкін емес, өйткені молекулалық жүйенің қара жәшікте өмір сүру уақыты шамамен 100 фс (1 фс = 10-15 с). Сондықтан да 100 фс аралығында болатын процестерді анықтайтын арнайы лазерлі техника қажет.
10 – 100 фс жарық импульстерін атомдар аралығындағы аз өзгерістерді анықтап алатын жаңа құрал пайда болды. Ал, бұл химиялық физиканың жаңа бөлімі – фемтохимия пайда болды. Бұл зреттеулер аймағы жоғарыда қойылған сұрақтарға жауап беруге мүмкіндік берді.
1999 жылы фемтохимия аймағында ерттеулер үшін американ ғалымы А. Зейвалға Нобель сыйлығы ұсынылды. Фемтохимияның өте жастығына қарамастан (оның жасы 12 жыл деп бағалануда) бірнеше шолулар баспаға ұсынылған. Қарастырылып отырған шолуда авторлар тез дамып келе жатқан бұл саланың ұсыныстарына, амал-тәсілдеріне және де жаңа қойылған мәселелеріне тоқталған.
        
        Фемтосекундті химия
Жоспар
І. Кіріспе
ІІ. Фемтосекундті импульстердің ерекшелігі
ІІІ. Фемтохимияның ... ... ... ... ... Химиялық реакция нәтижесіндегі молекулааралық процестердің
өтпелі күй динамикасы
VI. ... ... ... ... ... Элементарлы химиялық актты және молекулаішілік динамиканы
басқару
VIII. Фемтохимияның болашағы
Қорытынды
Кіріспе
Қарапайым химиялық реакция қалай жүзеге асырылады? ... ... ... ... ... ... ... жылдамдығы мен
бағытын қалай басқаруға болады? Бұл сұрақтарды химиктер өздеріне ... ... ... ... бұл ... және оларға берілетін
жауаптардың нақтылығы қарапайым процестер және де ... ... ... ... ... ... ... эксперимент нәтижелері
– реагенттердің немесе реакция өнімдерінің уақытша ... ... ... ... ... әр ... ... арқылы өтеді, ал
оларды біз реагенттерге де, өнімдерге де ... ... ... ол ... ... ... жоқ. ... пікірі бойынша бұл күйге
сәйкес келетін аймақты «қара жәшік» деп атайды, ... ... ... және өзгерісі жайлы ешқандай мәлімет бермейді. Химиктер бұл
атомаралық аймақты - өтпелі күй деп ... қара ... ... ... ... эволюциясын «өтпелі күйдің
динамикасы» деп атайды.
Молекулярлы реакцияға түсетін жүйенің ... күй ... өтyі – ... элементарлы актысы деп атады. Реакцияның жолы ... ... ... ... ... ... мен өнімдердің кинетикасын ... ... ... ... динамикасын қалпына келтіруге тырысады.
Бірақ бұл процесс көбінесе мүмкін емес, өйткені молекулалық жүйенің қара
жәшікте өмір сүру ... ... 100 фс (1 фс = 10-15 с). ... да ... ... болатын процестерді анықтайтын арнайы лазерлі техника қажет.
10 – 100 фс ... ... ... аралығындағы аз өзгерістерді
анықтап алатын жаңа құрал пайда болды. Ал, бұл ... ... ...... ... ... Бұл зреттеулер аймағы жоғарыда қойылған
сұрақтарға жауап беруге мүмкіндік берді.
1999 жылы ... ... ... үшін ... ғалымы А. Зейвалға
Нобель сыйлығы ұсынылды. Фемтохимияның өте жастығына қарамастан (оның жасы
12 жыл деп ... ... ... баспаға ұсынылған. Қарастырылып
отырған шолуда авторлар тез дамып келе жатқан бұл саланың ұсыныстарына,
амал-тәсілдеріне және де жаңа ... ... ... ... ... ... мәселелерін талқылаудан ... ... ... ... және осы ерекшеліктерді ескере ... ... ... ... z осі ... импульсінің бағытымен сәйкес келеді,
оның электр өрісінің кернеуі: Е(t) = ( Ех(t), Еу(t), Еz(t)) ... ... ... = Exo ... [ωot + σx + ... = Eyo ... [ωot + σy + α(t)],
Еz(t) = 0
Бұл теңдеулердегі Exo, Eyo – х және у ... ... ...... ... ...... – жарық жиілігі, λ0 байланысты молекулаларды алуға, ... ... әсер ету, ... ... ... ... жоғарғы
уақытты алуға мүмкіндік береді.
Сонымен, фемтосекундтер арқылы жоғарыдағы мүмкіндіктерді жазуға болады.
ІІІ. Фемтохимияның негізгі мәселелері
Практикалық химиядағы элементарлы реакцияның ... 100 ... ... ... ... тек ... акт ... ол көптеген ішкі және
молекулааралық энергияларда әсер етеді.
Мономолекулярлы химиялық акт ... ... үшін ... актілер
жүзеге асырылуы тиіс:
Активтенген молекулалар жоғарғы энергияға ие болу қажет, өйткені
энергияны олар ... ... ... және σу – ... ...... уақыты аралығындағы жиіліктің модуляциясын сипаттайтын
функция.
Жарықтың импульстегі поляризациясын Exo/ Eyo уақыт аралығында және σх ... ... ... импульстің Гаус түрлері қарастырылады:
ƒ(t) =exp ( - t2ϰn2/τ2)
және жиіліктің модуляциясы:
x(t) = ½ γt2
γ – уақытша чирп ... ... = ± τ/2 ... ... интенсивтілігі оның максималды мөлшерлерінің
жартысына тең.
Сонымен фемтосекундті импульсті сипаттайтын негізгі ... ... өріс ... ... ... және x(t) ... уақытша чирп арқылы бейнеленеді).
Сонымен қатар өріс спектрлі сипаттамалармен берілуі ... j – x,y. ... ƒ(t) және ехр [іx(t)] өте баяу ... ... = ½ ехр(- іFj)(ω-ω0)
мұндағы
Fj(ω-ω0) функциясы комплексті, сондықтан да ... ... = ... ехр ... – импульс
Фемтосекундті импульстің маңызды сипаттамаларына – амплитудалық жартылай
жиілікті спектрдің ені төмендегі анықталмағандық сәйкестігімен сипатталады:
τ∆ω = const.
Сonst мәні ... ... және ... ... Гауссты импульс үшін
φ = 0 (мұндай импульстер ... ... ... деп ... ... фемтосекундті импульстерін қолдану бізге стационарсыз
когерентті, қозбаған квант күйлерін жасауға мүмкіндік береді.
Фемтохимияға тән ... ... екі ... импульске
негізделген, олар 2-сызбада көрсетілген: ... ... ... (λ1) толқын пакетін жасайды, қозған күйде болады. ... ... ... ... (λ2) ... әрекеттерді зондирлейді.
Зондирлеуші импульстің іс-әрекеті нәтижесінде молекулярлы жүйе басқа
электронды ... ... Осы ... арқасында жүйенің бейнесі тіркеледі.
IV. Химиялық ... ... күйі және ... ... ... ... қарапайым сызбасы. U-потенциалды
энергия, R- ядролар арасындағы қашықтық, λ1 – ... ... ... ... ұзындығы, λ2 – ауыспалы күйдің зондирлейтін динамикасы
импульсінің спектрі ... ... ... λ׳2 – реакция өнімін
зондирлейтін импульс спектрі орталығының толқын ... ... әр ... тербелмелі молекулалардың дәрежесі арқылы қайта
топталады, бұдан соң флуктуация жүзеге асуы ... ... ... ... ... бір ... ... Бұл процесс жүргеннен
кейін ғана химиялық акт жүзеге асады. ... ... ... 10-100 ... ... ... ... Химиялық өзгерістердің өтпелі күйін және молекулааралық процестердің
динамикасын зерттейміз;
• Өте тез ... ... ... ... ... Элементарлы химиялық реакциялардың бағытын және молекулааралық
динамикасын басқарамыз.
V. Химиялық реакция нәтижесіндегі ... ... және ... ... ... ... импульсі спектральді импульстің
кеңдігі салдарынан стационарлық емес квантты күйдің ... ... ... ... деп аталады. Ядролардың қозғалу динамикасы
осындай ... ... ... ... ... ... ... пакенттердің динамикасы реалды уақытты анықтауға ... ... ... екі ... ... ... ... байланысты көптеген теориялық жұмыстар жарияланған. Химиялық
процестің ... ... екі ... ... мысалында тербелмелі
толқын пакеттерінің мысалында қарастырамыз. Әдетте, ... ... ... қозған электронды күйлерде қалыптасады. Мысалы үшін, қозған
импульс Гаусс формасына ие, тосушы жылдамдығы w0, ұзақтығы τ және ... γ . ... ... ... ... негізгі тербелмелі күй g үлесін
қосады. Онда жарық импульсінің қозған электрондық күйі, төмендегі күйге ие:
Ψ1 (R, τf)= ... φiυ(R) ... ... ... ... ... ал
комплексті коэффициенттер:
Cυ(τf,τ,γ)≈ρ00,10exp[-i−i]∙exp[- ]
мұндағы: ρ00,10 –электронды термдердің негізгі тербелмелі ... ... Te ... ... ... ... ... спектральді чип төмендегі формуламен белгіленеді:
r2 (τ, γ) = γ2 ... ... ... (R,T) =∑ ... τ, γ) ... пакеттердің модельді ангормоникалық осцилляторларда теориялық
детальді ... Бұл екі ... ... ... ... ... ... пакетшілерге бөлінеді. Сосын бұл ... ... ... олар τ/λ уақыт өткенен соң бастапқы ... ... Т ... ... периоды, е –ангорманизм
параметрі.
Вингердің бөліну ... ... ... бөлінудің классикалық
функциясының аналогы. Дегенмен бұл аналогияны толық деп айтуға болмайды,
өйткені квантты ... ... ω(R, P, t) ... ... ... ... ... үшін, оны фазалы кеңістіктің аймақтары
бойынша орташалайды. Көбінесе төмендегі ... ... ... ... ... ... деп ... есептейді:
Wн(Rорт,Pорт,τ,t) =
мұндағы: τ−ұзындықтың мөлшеріне тең ... ... ... ... түр ... ... жағдайдағы йодтың екі атомды
молекуласының толқындық пакенттерінің ... ... ... ... ... осцилляцияда байқалады – «қозу-зонттау». Мұндай бейнені
сигналдың уақытша интервалынан тәуелділігін айқындатады (В+) ... ... ... ... ... ... ... эксперимент жүзінде екі атомды молекулалар үшін ... ... және ... жарық импульстерінің функциясын алуға
мүмкіндік берді. Эксперимент нәтижесінде алынған ... мен ... ...... ... ... ... күйдегі иод молекуласы үшін «қозу-зонттау»
тәжірибесіндегі осцилляциондық ... ... ... ... толқындық пакенттердің динамикасы қандай екен? Бұл
сұраққа жауап беру үшін NO2 ... ... ... ... ... ... ... әдісін қолданған.
Қоздырылған импульс дөңгелек поляризацияға ие ... бұл ... ... ... әсер етпейтіндігіне кепілдік берген.
Алдымен когорентті толқындық пакет аддиабатты қозған электрондық ... Әсер ... ... ... ... ... ... динамикадан статистикалық режимге өтеді. Эксперимент
нәтижесі бойынша –мұндай өтулер 500 фс ... ... ... молекуласында қозған және қалыпты күйлер айырымы жоғары, бұл оны
күрделі ... ... ... ... ... ... басқа да
көпатомды қозған күйге өту уақыты -500 фc −2 фс деп ... ... да ... көпмолекулалы қосылыстарды салыстырғанда, ... ... ... біршамалы болған.
Қазіргі таңда тек қозғалмалы пакеттердің динамикасын зерттейтін ... ... ... оның ... ... электрондық күйін зерттейтін
экспериментальді әдістер бар (17, 45). Сонымен қатар, қазіргі таңда ... ... ... пакеттердің динамикасын зерттеуге арналған
әдістер негізделіп жатыр.
Көптеген көпмолекулалы қосылыстардың динамикасын зерттеу ... ... ... ... ... реакцияның динамикасымен
анықталады.
Көптеген жұмыстар элементарлы реакциялардың фемтосекундті ... ... ... ... ... ... байқалғанын
дәлелдейді. Мысалға, OCS газдағы ... ... ... ... C2(CO)6, ... ... ... протеиндегі фемтосекундті процестер, жлектрондардың
тасымалдануы.
Сонымен қатар ... ... ... ... ... ... ... байқамай ақ, реагенттердің өнімге ... ... ... күйдің когорентті толқындық пакеттерсіз байқауға болатынын
–реакция сатымен немесе когорентті механизммен ... ... ... ... Кей жағдайларда реакция механизмін анықтау оңай. Мысалы:
ацетонның ыдырауы, фторэтанның және циклді ... ... ... ... және ... ... ... әртүрлі уақытта үзілетінін
дәлелдейді. Ал CH2I2 көпфотонды ыдырау барысында –кондертті ... ... бұл оның ... ... аз ... ...

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Материал
Көлемі: 8 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 300 теңге





+ тегін презентациялар
Пәндер
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить


Зарабатывайте вместе с нами

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Сіз үшін аптасына 5 күн жұмыс істейміз.
Жұмыс уақыты 09:00 - 18:00

Мы работаем для Вас 5 дней в неделю.
Время работы 09:00 - 18:00

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь