Valence Electrons, koji se nalaze u najudaljenoj školjci atoma, igraju važnu ulogu u vožnji hemijskim reakcijama i formiranju obveznica s drugim atomima.
Ali snimajući ove čestice kako izvode ovaj posao je škakljiv. Ne samo da nisu valentne elektrone nevjerojatno male, oni također formiraju hemijske veze unutar femtosekundi- pukih kvadrata sekunde sekunde.
Sada je eksperiment na Odjelu za katedri za energetsku laboratoriju SLAC-a, prvi put kombinirao napredni X - Ray tehnologiju sa rezom - simulacije i teoriju i teoriji za slike u stvarnom vremenu u reakciji.
Koristeći izuzetno svijetle X {- ray-a iz ultrafast linac koherentnog izvora svjetlosti (LCL), multi - institucionalni tim pratio je jedan valentni elektron jer je vodio disocijaciju vodonika iz molekula amonijaka.
Rezultati objavljeni u časopisuPisma fizičkog pregledaMože li pomoći naučnicima da bolje razumjeti hemiju na temeljnom nivou i bolje kontrolira rezultate hemijskih reakcija. To znanje, zauzvrat, moglo bi se koristiti za dizajn sljedeće - proizvodne materijale i tehnologije generacije.
Praćenje valence elektrona tokom reakcije
Naučnici su godinama pokušali pratiti prijedloge jednog elektrona tokom hemijske reakcije. Međutim, snimanje ovog putovanja je neuhvatljivo na više nivoa, jer je bilo teško izolirati pojedinačne elektrone iz mnogih elektrona unutar atoma, a to je bilo nemoguće učiniti u toku izuzetno brzom vremenskom temezalu na kojem se odvijaju hemijske reakcije.
U Slac, istraživački tim odlučio je isprobati novi pristup koji je uključivao i teoriju i eksperimente. Koristeći snagu LCL-a, X - Ray Laser, reljificirali su se - Raiand X - oblik snimanja na atomskom nivou i u femtosekundi i u okviru distribucije elektrona i upario tehniku naprednim simulacijama i teorijom.
Tim je vodio Ian Gabalski, doktor. Student na Sveučilištu Stanford, Philip Bucksbaum na Institutu za pulš Stanford, a docent za teorijsku hemiju, u Velikoj Britaniji, i na Univerzitetu u Birminghamu, Iako je popis pružio teoriju i simulacije da su se uistuli na reakciju, a kasnije je pružio ključnu usporedbu da se eksperiment zaista postigne Zarobljeni preuređivanje valence elektrona.
Da bi se pratila utjecaj pokreta elektrona, tim je stvorio kućište visokog - amonijaka gustoće i uzbuđen je ultraljubičastom laserom. Kako je laser prošao kroz gas, x - zrake iz LCL-a pogodile su elektrone i razbacuju se. "I cijela stvar se događa tokom 500 femtosekundi", rekao je Gabalski.
U većini molekula, jezgra elektrona, koji su čvrsto vezani za atome, nadmašuju vanjske valentne elektrone. Ali u malim i lakim molekulima poput amonijaka, koji se sastoji od atoma dušika i tri atoma vodika, valentne elektrone nalaze se na glavnim jezgrenim elektronima. To znači da je signal X {- Ray iz valentne elektrona dovoljno jak da ih prati i "vidi" kako su se preselili dok su također zaključili položaje atoma.
Naučnici su već znali da se fotoeprovizovani amonijak razvija iz strukture u kojoj atomi dušika i vodika čine piramidu na jedan u kojem svi atomi leže u avionu. Na kraju se jedan od hidrogena odbija od ove planarne geometrije i fragmente molekula. Svojim X - tehnikom Ray Ray, istraživači su mogli da slika elektron pokret koji je otvorio ovaj nuklearni preuređenje.
Kalkulacije liste bili su ključni za tumačenje podataka. "Obično moramo zaključiti kako se valentno elektrone kreću tokom reakcije, a ne da ih direktno vidimo, ali ovdje bismo mogli gledati njihovo preuređenje odvijanju direktnim mjerenjima", navodi se popis. "Bila je to vrlo lijepa saradnja između teorije i eksperimenta."
Nakon različitih puteva hemijskih reakcija
Praćenje kretanja valentnih elektrona također pruža prozor u različite staze koje kemijske reakcije mogu poduzeti, vozeti elektroničkim pokretom.
"Ako pokušavate sintetizirati molekulu za novi farmaceutski ili materijal, te hemijske reakcije uvijek će se podružiti u željene i neželjene puteve", rekao je Gabalski. "Kad ne ide način na koji želite, on stvara nusprodukture. Dakle, ako razumete kako to funkcionira, onda možete shvatiti kako da usmjerite tu reakciju u smjeru."
Tim se nada da će i dalje rafinirati njihove tehnike za snimanje još boljih slika, posebno s još snažnim X - zrakama nakon nedavnih dogradnje LCL-a.
"Mogli smo videti ove valence elektronske signale u moru osnovne elektronske pozadine, što otvara mnoge nove avenije", navodi list. "Bio je to dokaz koncepta koji nas je gurnuo da pokušamo da vidimo stvari koje već nismo mogli vidjeti."
