• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nareszcie! Naukowcy zaglądają do wnętrza molekuł

    11.06.2010. 20:12
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Europejskim fizykom udało się zobaczyć ruch elektronów w molekułach. Wyniki ich prac to prawdziwy skarb dla świata nauki. Wiedza na temat sposobu poruszania się elektronów wewnątrz molekuł ułatwi obserwacje i pogłębi naszą znajomość reakcji chemicznych. Badania zaprezentowane w czasopiśmie Nature były wspierane w ramach trzech projektów, które otrzymały dofinansowanie ze środków unijnych na łączną kwotę 14,4 mln EUR.

    Projekty XTRA (Ultrakrótkie impulsy XUV (skrajny nadfiolet) do zastosowań czasowo-rozdzielczych i nielinearnych) i MAXLAS (Nowa nauka i technologia rentgenowska - łączenie fizyki laserów i akceleratorów) otrzymały odpowiednio 3 mln EUR i 1,4 mln EUR ze schematu mobilności Marie Curie Szóstego Programu Ramowego (6PR). Projekt LASERLAB-EUROPE (Zintegrowana inicjatywa europejskich infrastruktur badań laserowych II) został dofinansowany na kwotę 10 mln EUR z budżetu "Infrastruktury badawcze" Siódmego Programu Ramowego (7PR).

    Fizycy pracujący pod kierunkiem profesora Marca Vrakkinga, dyrektora Instytutu Optyki Nielinearnej i Spektroskopii Krótkich Impulsów im. Maxa Borna w Niemczech, wykorzystali attosekundowe impulsy laserowe do dokonania tego najnowszego wyczynu technicznego. W przeszłości naukowcy nie byli w stanie obserwować tego ruchu z uwagi na zawrotną szybkość elektronów.

    Attosekunda równa się jednej trylionowej części sekundy. W czasie jednej attosekundy światło przebywa odległość mniejszą niż 1 milionowa milimetra. To zasadniczo odległość jaka oddziela jeden koniec małej molekuły od drugiego. Dzięki opracowaniu attosekundowych impulsów laserowych naukowcy zdołali zrobić "zdjęcia" ruchów elektronów wewnątrz molekuł.

    W ramach tych badań fizycy przyglądali się molekule wodoru (H2) nazywanej przez ekspertów "najprostszą molekułą", która ma zaledwie dwa protony i dwa elektrony. Zespół wykorzystał attosekundowy laser, aby zobaczyć jak zachodzi jonizacja w molekule wodoru. W czasie jonizacji jeden elektron jest usuwany z molekuły, podczas gdy stan energetyczny drugiego elektronu zmienia się.

    "W ramach naszego eksperymentu byliśmy w stanie po raz pierwszy wykazać, że dzięki laserowi attosekundowemu faktycznie jesteśmy w stanie obserwować ruch elektronów w molekułach" - wyjaśnia profesor Vrakking. "Najpierw napromieniowaliśmy molekułę wodoru za pomocą attosekundowego impulsu laserowego. Doprowadziło to do usunięcia jednego elektronu z molekuły, która została zjonizowana. Ponadto podzieliliśmy molekułę na dwie części za pomocą laserowej wiązki podczerwieni, dokładnie tak jak byśmy to zrobili malutkimi nożyczkami" - dodaje. "Umożliwiło nam to zbadanie, w jaki sposób ładunek rozkłada się na dwie części, a w związku z tym, że brakuje jednego elektronu to jedna część powinna być naładowana neutralnie, a druga dodatnio. Wiedzieliśmy, gdzie pozostały elektron można znaleźć - mianowicie w części neutralnej."

    Przez ostatnie mniej więcej 30 lat naukowcy wykorzystywali lasery femtosekundowe, aby przyglądać się molekułom i atomom. Femtosekunda równa się jednej biliardowej części sekundy, co oznacza, że jest o 1.000 razy dłuższa od attosekundy. Łatwo jest śledzić ruchy molekuł i atomów za pomocą laserów femtosekundowych.

    Naukowcy pomogli dalej rozwinąć tę technologię opracowując lasery attosekundowe, które korzystają z wyników rozmaitych badań z dziedziny nauk przyrodniczych, w tym z omawianych tutaj.

    Odnosząc się do obliczeń i złożoności problemu, współautor dr Matthias Kling z Max-Planck Institut für Quantenoptik w Niemczech, stwierdził: "Odkryliśmy, że również podwójnie wzbudzone stany, tj. ze wzbudzeniem obydwu elektronów wodoru molekularnego, mogą przyczyniać się do obserwowanej dynamiki."

    Profesor Vrakking podsumowuje: "Nie rozwiązaliśmy problemu - zgodnie z naszymi pierwotnymi oczekiwaniami. Przeciwnie, ledwie uchyliliśmy drzwi. Niemniej to właśnie czyni cały projekt znacznie ważniejszym i bardziej interesującym."

    Istotny wkład w badania wnieśli naukowcy z Francji, Hiszpanii, Holandii, Kolumbii, Niemiec, Szwecji, Wlk. Brytanii i Włoch.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Drganie charakterystyczne pewnej grupy atomów – takie drganie normalne molekuły, w którym amplitudy wychyleń zrębów (rdzeni) atomowych należącej do jednego ugrupowania (grupy funkcyjnej) są istotnie większe niż amplitudy wychyleń pozostałych zrębów. Innymi słowy, drganie pewnego ugrupowania znajdującego się w molekule ma decydujący wkład w drganie o tej charakterystycznej częstości. Jako dobry przykład służy drganie rozciągające grupy hydroksylowej. Jest to drganie o częstotliwości z zakresu 3500 do 4000 cm, w którym zręby atomowe tlenu i połączonego z nim bezpośrednio wodoru drgają z dużo większą amplitudą niż zręby pozostałych pierwiastków tworzących molekułę. Cząsteczka (molekuła) – neutralna elektrycznie grupa dwóch lub więcej atomów utrzymywanych razem kowalencyjnym wiązaniem chemicznym. Cząsteczki różnią się od cząstek (np. jonów) brakiem ładunku elektrycznego. Jednakże, w fizyce kwantowej, chemii organicznej i biochemii pojęcie cząsteczka jest zwyczajowo używane do określania jonów wieloatomowych. Pompa orbitronowa - rodzaj pompy jonowo-sorpcyjnej z gorącą katodą. W pompie tej znajdują się :tytanowy pręt na potencjale około 4 kV względem katody, umieszczona w specjalnej osłonie termokatoda (wykonana tak, że katoda nie "widzi" tytanowego pręta i obudowa metalowa pompy, na potencjale około -70V względem katody. Elektrony emitowane z katody orbitują wokół tytanowego pręta, jonizując po drodze cząsteczki gazu. Elektrony bombardują pręt tytanowy i grzeją go, co powoduje powstanie par tytanu. Pary te osiadają na obudowie pompy. Wskutek ujemnego potencjału tej obudowy osiadają na nim jony dodatnie, które zamieniają się w molekuły gazu. Molekuły te są "zamurowywane" w naparowującej się warstwie tytanu.

    Brian G. Wowk, Ph.D. – kanadyjski fizyk medyczny i kriobiolog znany z odkrycia i prac nad syntetycznymi molekułami naśladującymi aktywność naturalnego białka zapobiegającego zamrożeniu w procesie krioprezerwacji, zwanymi też "ice blockers". Jako naukowiec w 21st Century Medicine, Inc., wspólnie z Gregory M. Fahy opracował kluczowe technologie umożliwiające krioprezerwację dużych i złożonych tkanek. Razem po raz pierwszy dokonali zakończonej powodzeniem witryfikacji i przeszczepu organu u ssaka (nerki). Reguły wyboru – warunki w spektroskopii, które muszą być spełnione, aby nastąpiło oddziaływanie promieniowania z molekułami.

    Kolor nieba: Kolor nieba i znajdujących się na nim chmur zależy od kilku zjawisk optycznych. Najważniejszymi z nich jest rozpraszanie światła widzialnego przez molekuły powietrza, znajdujące się w powietrzu kropelki wody, kryształki lodu oraz pyły zawieszone w powietrzu. Energia jonizacji, potencjał jonizacyjny atomu lub cząsteczki – minimalna energia, którą należy dostarczyć, aby oderwać elektron od atomu danego pierwiastka lub cząsteczki. Przy jonizacji atomu znajdującego się w stanie podstawowym używa się określenia "pierwszy potencjał jonizacyjny"; przy odrywaniu kolejnych elektronów mówi się o drugim, trzecim, n-tym potencjale jonizacyjnym, określając w ten sposób energię potrzebną do oderwania n-tego elektronu po wcześniejszym oderwaniu n - 1 elektronów.

    Kriosukcja, inaczej ssanie lodowe - jeden z procesów powstawania lodu segregacyjnego, polegający na przemieszczaniu molekuł wody w kierunku powierzchni przemarzania (frontu przemarzania). Wraz z lodem przemieszczaniu ulegają cząstki glebowe. W ten sposób proces ten przyczynia się do rozwoju m.in.: Molowe energie jonizacji pierwiastków: Tabele poniżej przedstawiają wartości molowych energii jonizacji, mierzone w kJ/mol. Są to energie wymagane do usunięcia elektronu z atomów gazów lub jonów. Pierwsza molowa energia jonizacji odnosi się do atomów w stanie podstawowym, bez ładunku. Druga, trzecia i następne molowe energie jonizacji odnoszą się do energii potrzebnych na oderwanie kolejnych elektronów z pojedynczo, podwójnie itd. naładowanego jonu.

    Obłok molekularny – rodzaj obłoku międzygwiazdowego, w którym gęstość wodoru jest wystarczająco duża, a temperatura odpowiednio niska, aby formowały się molekuły wodoru H2. Po pewnym czasie taka chmura kurczy się i gęstnieje pod wpływem własnego pola grawitacyjnego. Temu procesowi towarzyszy wzrost temperatury. Jeżeli masa obłoku jest wystarczająco duża, to temperatura osiąga wystarczającą wartość, aby zaczęła się reakcja jądrowa proton-proton. Tak w chmurach molekularnych rodzą się gwiazdy.

    Elektron delta, promieniowanie delta, δ-elektron -- elektron uwolniony podczas przechodzenia wysokoenergetycznej cząstki naładowanej przez ośrodek materialny. Mianem elektronów delta określane są te z uwolnionych elektronów, które mają dostatecznie dużą energię, by same powodować jonizację dalszych atomów ośrodka i pozostawić w ten sposób mierzalny ślad. Termin ma znaczenie historyczne i obecnie jest rzadko używany.

    Element płynu – niewielka część płynu. Jest to objętość płynu na tyle mała, by można było przyjąć iż wszystkie własności płynu są w niej jednakowe, a jednocześnie na tyle duża, by można było stosować metody statystyczne (wobec chaotycznego ruchu molekuł) do ich wyznaczania. Pojęcie używane w mechanice płynu w tworzonych modelach zachowania się płynu. Emisja wtórna jest rodzajem emisji elektronów zwanych wtórnymi z powierzchni ciała stałego, pod wpływem działania na to ciało wiązki elektronów (bądź jonów lub innych cząstek) o dostatecznie dużej energii.
    Emisja tego rodzaju składa się z trzech etapów:
    1. Wzbudzenie elektronów w ciele stałym do wyższego poziomu energetycznego,
    2. Transport wzbudzonych elektronów do granicy ciało stałe-próżnia,
    3. Emisja elektronów.

    Makromolekuła (makrocząsteczka, makrodrobina) - cząsteczka chemiczna (molekuła) złożona z więcej niż około 1000 atomów. Makromolekuła często powstaje z połączenia jednego lub kilku rodzajów jednostek podstawowych, tzw. merów, tworząc strukturę substancji polimerowych.

    Dodano: 11.06.2010. 20:12  


    Najnowsze