Скрещенные молекулярные пучки эксперименты представляют собой химические эксперименты , в которых два пучка атомов или молекул являются столкнулся вместе , чтобы изучить динамику на химической реакции , и могут обнаружить отдельные реактивные столкновения. [1]
Техника
В устройстве с перекрестным молекулярным пучком два коллимированных пучка атомов или молекул газовой фазы, каждый из которых достаточно разбавлен, чтобы игнорировать столкновения внутри каждого пучка, пересекаются в вакуумной камере. Затем измеряют направление и скорость образующихся молекул продукта, которые часто связывают с масс-спектрометрическими данными. Эти данные дают информацию о распределении энергии между поступательными , вращательными и колебательными модами молекул продукта. [2]
История
Метод перекрестного молекулярного пучка был разработан Дадли Хершбахом и Юаном Т. Ли , за что они были удостоены Нобелевской премии по химии 1986 года . [3] В то время как метод был продемонстрирован в 1953 году Тейлором и Датцем из Окриджской национальной лаборатории , [4] Хершбах и Ли усовершенствовали прибор и начали исследовать газофазные реакции с беспрецедентными подробностями.
Ранние эксперименты с перекрестным пучком исследовали щелочные металлы, такие как калий , рубидий и цезий . Когда рассеянные атомы щелочного металла сталкиваются с раскаленной металлической нитью, они ионизируются, создавая небольшой электрический ток . Поскольку этот метод обнаружения почти идеально эффективен, метод был весьма чувствительным. [2] К сожалению, эта простая система обнаружения обнаруживает только щелочные металлы. Для анализа основных элементов группы потребовались новые методы обнаружения .
Обнаружение рассеянных частиц через металлическую нить накала дает хорошее представление об угловом распределении, но не чувствительно к кинетической энергии. Чтобы получить представление о распределении кинетической энергии, в ранних устройствах с перекрестными молекулярными пучками использовалась пара дисков с прорезями, помещенных между центром столкновения и детектором. Контролируя скорость вращения дисков, только частицы с определенной известной скоростью могут проходить сквозь них и обнаруживаться. [2] Имея информацию о скорости, угловом распределении и идентичности рассеянных частиц, можно получить полезную информацию о динамике системы.
Более поздние усовершенствования включали использование квадрупольных фильтров масс для выбора только интересующих продуктов [5], а также времяпролетных масс-спектрометров, позволяющих легко измерять кинетическую энергию. Эти улучшения также позволили обнаруживать широкий спектр соединений, что ознаменовало появление «универсального» устройства с перекрестным молекулярным пучком.
Включение сверхзвуковых сопел для столкновения газов расширило разнообразие и объем экспериментов, а использование лазеров для возбуждения лучей (либо до удара, либо в точке реакции) еще больше расширило применимость этого метода. [2]
Рекомендации
- ^ Ли, УТ (1987). "Молекулярно-лучевые исследования элементарных химических процессов" . Наука . 236 (4803): 793–8. Bibcode : 1987Sci ... 236..793T . DOI : 10.1126 / science.236.4803.793 . PMID 17777849 . S2CID 45603806 .
- ^ a b c d Herschbach, D. Нобелевская лекция, 8 декабря 1986 г.
- ↑ Нобелевский фонд. Архивировано 18 июля 2006 г., в Wayback Machine.
- ^ Тейлор, EH; Дац, С. (1955). "Изучение механизмов химических реакций с помощью молекулярных пучков. Реакция K с HBr *". J. Chem. Phys . 23 (9): 1711. Полномочный код : 1955JChPh..23.1711T . DOI : 10.1063 / 1.1742417 .
- ^ Миллер, ВБ; Safron, SA; Гершбах, Д.Р. (1967). «Обменные реакции атомов щелочных металлов с галогенидами щелочных металлов: сложный механизм столкновения». Обсуждать. Faraday Soc . 44 : 108–122. DOI : 10.1039 / DF9674400108 .