Есть конспект?
Пришлите нам!

Впервые удалось отследить передачу энергии колебаний через молекулы жидкости


Используя сверхбыстрый лазерный спектроскоп, ученые из Университета Штата Иллинойс наблюдали и отследили по времени поток энергии колебаний, передающийся через некоторые молекулы, находящиеся в жидком состоянии.

"Чтобы понять химию на максимально фундаментальном уровне, мы должны понять природу энергетики колебаний", сказала Дана Длотт, профессор химии в Штате Иллинойс. "Ученые мира в настоящее время научились помещать энергию в молекулу и наблюдать, насколько далеко она распространяется, но с нашей методикой, мы можем фактически видеть, где энергия идет."

Движение энергии колебаний в пределах и между молекулами выполняет значительную роль почти во всех химических процессах конденсированной фазы. "Поток энергии колебаний - фундаментальный процесс химии, и в то же время, о котором мы знаем очень мало, лишь по его итоговому взаимодействию", сказала Длотт. "Теперь, когда мы имеем инструмент, который позволяет нам наблюдать, где и куда проходит энергия, мы можем даже наблюдать процесс передачи энергии при взаимодействии молекул."

Результаты исследований были опубликованы 21 июня в выпуске журнала Science, за авторством Длотт и ее коллег Зхаохуай Ванга и Андрея Пакулева, под заголовком: “Used pulses from a mid-infrared laser to excite the hydroxyl stretching vibrations in different alcohols”. Там описывается, как они зондировали накачанные с помощью лазера импульсами видимого света молекулы, чтобы контролировать поток энергии через прошедшие метиленовые и метиловые группы.

Исследователи изучали поток энергии колебаний в этаноле, 1-пропаноле, 1-бутаноле и 2-пропаноле. "Для каждой дополнительной группы метиленов на пути между гидроксилом и предельной метиловой группой, время для обмена энергией между уровнями колебаний было увеличено примерно до 400 фемтосекунд (до 400 миллиардных долей микросекунды)", сказала Длотт.

Соответствующая скорость передачи энергии на молекулярном уровне немного быстрее, чем скорость звука в воздухе на уровне моря, но составляет только треть скорости звука в этиловом спирте.

"Эффективность (КПД) передачи энергии колебаний низкая - приблизительно 1 процент от энергии, которая идет к метиловым группам", сказала Длотт. "В этой реакции не происходит передача энергии по типу обычных механических воздействий, например, удар молотка о гвоздь, которому передается энергия. На молекулярном уровне передачи энергии колебаний, имеется много путей для следования энергии. С нашим лазером, мы можем отследить только одно направление перемещения энергии одновременно, и измерить ее интенсивность."

Хотя обмен энергией между уровнями колебаний молекул и напоминает передачу энергии электронами, эти два типа передачи существенно различны. Передача энергии электронами обычно заключается в пространственном взаимодействии. А обмен энергией между уровнями механических колебаний происходит через взаимодействия на уровне химической связи."

Оказывается, что энергия течет через молекулы этанола быстрее, чем вокруг них. А исследуя другую молекулу - трет-бутанола, ученые не увидели никакой энергетической передачи между гидроксилом и предельными метиловыми группами.

"В трет-бутаноле, центральный атом углерода не имеет никаких углеродно-водородных режимов растяжения по главной оси молекулы", сказала Длотт. "В результате, через такую передачу энергии связи не проходит абсолютно никакая энергия колебаний."

Результаты исследователей открывают новую важную перспективу в механике молекул и через изучение передачи энергии колебаний могли бы улучшить понимание химических процессов вообще.

Информация для контакта:

James E. Kloeppel, kloeppel@uiuc.edu, 217-244-1073, University of Illinois at Urbana-Champaign


Dr.BoT© Konspektiruem.ru