Ngành công nghiệp

Quan sát động lực học phân tử của các phản ứng hóa học trong thời gian thực

Quan sát động lực học phân tử của các phản ứng hóa học trong thời gian thực

Đang diễn ra NIST (Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia) dự án đang hoàn thành một trong những mục tiêu được tìm kiếm khẩn cấp nhất trong khoa học hiện đại: Khả năng quan sát động lực học chi tiết của các phản ứng hóa học khi chúng xảy ra - trên quy mô không gian của các phân tử, nguyên tử và điện tử, và trên quy mô thời gian của pico giây hoặc thậm chí ngắn hơn.

Các nhà nghiên cứu đã phát minh ra và chứng minh một nguồn tia X cực kỳ bất thường, nhỏ gọn và tương đối rẻ tiền cho một hệ thống hình ảnh có thể sớm được sử dụng để tạo ra loại “phim phân tử” mà các nhà khoa học và kỹ sư cần. “Tôi tin rằng chúng ta sẽ có thể đo khoảng cách giữa các nguyên tử đến độ chính xác dưới angstrom,” nói Joel Ullom của Nhóm thiết bị lượng tử trong Bộ phận quang tử và điện tử lượng tử của PML, Điều tra viên chính của dự án hợp tác và là trưởng nhóm tạo ra nguồn tia x. "Và chúng tôi sẽ có thể theo dõi hoạt động ở quy mô nguyên tử với độ phân giải pico giây trong các phản ứng hóa học."

"Nguồn tia x là một hệ thống đặt trên bàn mới lạ tạo ra xung picosec giây của tia X, một chén thánh giữa các nhà khoa học đang cố gắng làm sáng tỏ chuyển động chính xác, theo thời gian thực của các electron, nguyên tử và phân tử", nói Marla Dowell, lãnh đạo Nhóm Nguồn và Máy dò của PML. “Cuối cùng, phương pháp đầu bảng này sẽ có thể cạnh tranh trực tiếp với các kỹ thuật đồng bộ phức tạp và đắt tiền hơn nhiều.”

Nguyên tắc hoạt động bắt đầu bằng chùm tia laser hồng ngoại (IR) xung, được tách thành hai phần. Phần đầu tiên được sử dụng để photoexcite một tài liệu đang nghiên cứu, bắt đầu một phản ứng hóa học. Phần thứ hai được đưa vào một buồng chân không, bên trên là một bể chứa nước có một lỗ nhỏ dẫn đến buồng. Nước được hút vào buồng trong một tia nước rộng 0,2 mm và chùm tia laze được hội tụ vào mục tiêu tia nước đang chảy.

[caption id = "attachment_1198" align = "aligncenter" width = "300"] Cận cảnh mục tiêu tia nước (đường thẳng đứng, rộng ~ 0,2 mm) được sử dụng để tạo ra xung tia x pico giây. [Nguồn ảnh: Jens Uhlig] [/ caption]

“Điều này đốt cháy plasma trên mục tiêu,” Ullom nói, “và một số electron từ quá trình ion hóa được tăng tốc - do điện trường rất lớn từ laser - trở lại mục tiêu nước. Ở đó, chúng trải qua cùng một kiểu giảm tốc đột ngột mà các electron thực hiện trong một ống tia X thông thường. Chùm tia hồng ngoại có rất ít năng lượng cho mỗi photon. Nhưng thứ phát ra từ sự tương tác với mục tiêu là tia X với năng lượng Cao gấp 10.000 lần. Sau đó, chúng tôi chuẩn trực chùm tia X để nó chạm vào mẫu quan tâm ”. Sau đó, tia X đi qua mẫu và vào một buồng đông lạnh riêng biệt, nơi các máy dò tia X siêu dẫn ghi lại phổ hấp thụ.

Vào tháng 9, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng nguồn tia X ổn định trong những khoảng thời gian đáng kể. Bước tiếp theo là bắt đầu nghiên cứu khoa học với nó. Ullom nói: “Chúng tôi rất quan tâm đến các vật liệu quang hoạt, các thành phần của pin mặt trời và chất xúc tác thế hệ tiếp theo. “Chúng tôi sẽ bắt đầu với các hệ thống mô hình và bắt đầu từ đó.


Xem video: Bài 38: Cân Bằng Hóa Học - Chương 7: Tốc Độ Phản Ứng u0026 Cân Bằng Phản Ứng. Hóa Học Online Lớp 10 (Có Thể 2021).