Химики впервые проследили за ходом самой медленной химической реакции

Южноамериканские ученые в первый раз проследили за самой прохладной и, как следствие, самой неспешной хим реакцией. В ней атомы щелочных металлов ведут взаимодействие вместе и образуют новейшие хим связи при температуре, близкой к абсолютному нулю. О этом сказала пресс-служба Гарвардского института со ссылкой на статью в журнальчике Science.

Эти опыты очень важны для исследователей по той причине, что благодаря сверхнизким температурам и низкой скорости взаимодействия атомов химики в первый раз смогли проследить за формированием промежных товаров реакции этих веществ и проверить при их помощи те выводы, которые были получены десятилетия вспять с помощью квантовой механики и теоретической химии.

«Обычно, когда мы проводим хим реакции, мы лицезреем последующее — у нас есть некоторые начальные вещества, которые одномоментно исчезают, а их пространство занимают продукты реакции. До проведения наших опытов мы просто не могли проследить за тем, что происходит во время этих взаимодействий меж атомами», — поведала Канкуэн Ни, химик из Гарвардского института и один из создателей работы.

Хим реакции протекают весьма стремительно. Взаимодействия меж самыми ординарными молекулами продолжаются несколько фемтосекунд, квадриллионных толикой секунды. За этот период времени атомы начальных реагентов успевают провзаимодействовать вместе и занять новейшие позиции. Электроны в этих атомах успевают поменять свои позиции еще резвее, за 10-ки либо сотки аттосекунд, тысячных толикой фемтосекунды.

Длительное время химики считали, что подобные процессы население земли никогда не сумеет изучить. Но это сделалось вероятным опосля того, как возникли сверхбыстрые лазеры и ускорители частиц, которые могут создавать сверхкороткие вспышки рентгеновского и гамма-излучения длиной в несколько фемтосекунд. Опыты на схожих установках посодействовали физикам и химикам проверить и уточнить некие пророчества квантовой механики и теоретической химии.

Тем не наименее, при помощи всех этих тестов ученые все равно не могли проследить за тем, как конкретно сближаются молекулы, что происходит с ними конкретно перед реакцией и как они меняют свою форму в процессе взаимодействий меж атомами. Гарвардские химики практически случаем решили эту делему, изучая разные «неосуществимые» молекулы, которые не есть в природе.

Хим «темный ящик»

Ни с сотрудниками уже много лет практикуется на разработке и исследовании разных соединений, которые остаются размеренными при сверхнизких температурах, но не есть в комнатных критериях. Такие вещества владеют рядом неповторимых черт, которые дозволят им стать основой для квантовых компов и остальных устройств, которые работают с одиночными атомами и молекулами.

Не так давно Ни и ее коллеги сделали новейшую ловушку для схожих «неосуществимых» молекул. Она дозволяет охладить их до рекордно низкой температуры, всего 500 нанокельвинов, что на 0,0000005 градуса выше абсолютного нуля. Проверяя ее работоспособность, ученые проводили серию тестов с облачками атомов 2-ух щелочных металлов, рубидия и калия.

Обстреливая их вспышками инфракрасного света, химики получили экзотичные молекулы, которые состоят из 1-го атома рубидия и калия. В этом случае, в отличие от прошедших опытов, они не только лишь собрали такие «неосуществимые» структуры, да и проследили за действием их формирования. Создать это ученым посодействовало то, что рекордно низкая температура резко замедлила ход реакций меж атомами щелочных металлов. В этом случае они продолжались в млрд раз подольше.

Собрав несколько схожих структур, гарвардские исследователи проверили, что произойдет, если столкнуть их меж собой, проверяя пророчества квантовой химии. Основанные на ее базе расчеты демонстрируют, что в итоге столкновения этих молекул поначалу обязана сформироваться система из 4 атомов, а потом она в процессе многоступенчатого процесса обязана распасться на незапятнанный калий и рубидий.

Эти опыты подтвердили, что теория вправду верно предвещала ход данной реакции. Обстреливая сталкивающиеся молекулы с помощью вспышек ультрафиолетового лазера, ученые смогли зафиксировать возникновение молекулы из 4 атомов рубидия и калия и проследить за ее следующим разложением.

Последующие опыты такового рода, как уповают исследователи, посодействуют физикам и химикам проверить главные постулаты химии и физики, описывающие разные типы реакций, также осознать, какую роль играют квантовые эффекты во взаимодействиях меж молекулами и атомами.

Статья размещена в журнальчике Science
Источник: ИТАР-ТАСС

Оставьте ответ

Ваш электронный адрес не будет опубликован.