эксимер лазер

XArhive - Статья "Когда аргон подобен калию" Главная :: Архив статей :: Поиск :: Гостевая :: СсылкиАрхив статей > Химия > Когда аргон подобен калию Скачать (68,5 Кб)Когда аргон подобен калиюДоктор физико-математических наук А. В. ЕлецкийХимия эксимер лазер жизнь №10, 1982 г., с. 30-34 Современные представления о молекулах одинаково прочно утвердились эксимер лазер в физике, эксимер лазер в химии. Ожидать существенного изменения наших взглядов на молекулу как на стабильную систему близко расположенных атомов, связанных между собой силами взаимного притяжения, не приходится. Тем не менее по мере накопления фактов наши представления о структуре эксимер лазер свойствах, о самой природе молекул несколько изменяются. Открытие соединений благородных газов, например, привело к пересмотру понятия валентности. "Химия эксимер лазер жизнь" об этих работах писала (см., в частности, интервью с Н. Бартлеттом в № 2 за этот год).Мы хотим рассказать о другом не совсем обычном направлении физической химии молекул - химии возбужденных состояний эксимер лазер о так называемых эксимерных молекулах, образованных, пусть на очень короткое время, атомами с возбужденными электронами.ТОЛЬКО В ВОЗБУЖДЕННОМ СОСТОЯНИИДля того чтобы ответить на вопрос, может ли существовать соединение, составленное из атомов двух или нескольких элементов, необходимо знать, как эксимер лазер на каких расстояниях могут взаимодействовать атомы.Простейший случай: молекула составлена лишь из двух атомов. Если расстояния между атомами не больше эксимер лазер не меньше некоей допустимой величины, эксимер лазер сами атомы испытывают при этом взаимное притяжение, молекула может существовать. Причиной взаимного притяжения может быть, например, электростатическое взаимодействие отрицательно заряженных электронов одного атома с положительно заряженным ядром другого атома. Однако при сильном сближении таких атомов начинается своего рода отторжение: в соответствии с законом Кулона одноименно заряженные ядра отталкиваются, эксимер лазер это ядерное взаимонеприятие исключает возможность образования молекул. Лишь в сравнительно узкой области расстояний, где силы притяжения эксимер лазер отталкивания взаимно уравновешивают друг друга, атомы образуют устойчивое сочленение, которое мы привыкли называть молекулой.Нагляднее всего (великая наука - геометрия!) характер взаимодействия атомов можно показать на графике зависимости потенциальной энергии взаимодействия от расстояния между атомами. Если молекула стабильна (рис. 1), кривая имеет характерный минимум, своего рода "потенциальную яму". Когда расстояние между атомами близко к оптимальной величине (точка r0), любое изменение вызывает силы, которые стремятся возвратить атомы к исходной равновесной конфигурации. Именно на таком расстоянии, соответствующем дну потенциальной ямы, эксимер лазер находятся обычно атомы в стабильной молекуле.Рис. 1. Зависимость энергии взаимодействия U от расстояния rАВ между атомами, образующими стабильную двухатомную молекулу. Точка r0 соответствует минимуму потенциальной энергииСовсем другой вид у зависимости потенциальной энергии от межатомного расстояния в тех случаях, когда пара атомов не образует химического соединения (рис. 2). Такие атомы испытывают взаимное отталкивание при любых расстояниях между ядрами. Монотонно убывающая кривая отражает потенциал взаимодействия между такими, например, парами атомов, как Аr - F, Кr - Cl, Хе - Br, a также парами атомов благородных газов. Они не могут образовать двухатомных молекул, подобных N2 или О2.Рис. 2. Монотонно убывающая зависимость U от rАВ описывает взаимодействие атомов, которые не образуют химической связи. Атомы испытывают взаимное отталкивание при любых расстоянияхКак известно, способность атома вступать в химические реакции зависит прежде всего от состояния его внешних электронов. Энергия связи электрона в атоме эксимер лазер квантовые числа, определяющие ориентацию электрона в пространстве, характеризуют эту способность. Опытный химик, зная эти параметры, уверенно скажет вам, соединения какого типа образует данный атом, в каких условиях он проявляет свойства окислителя, эксимер лазер когда может служить восстановителем, насколько прочны его связи с другими атомами эксимер лазер т. д.Заполненные внешние оболочки эксимер лазер электроны, не переходящие в "коллективное пользование", - вот причины инертности благородных газов. Это хрестоматийно. Но ведь переходу электрона от атома благородного газа к другому атому или в "коллективное пользование" препятствует не что иное, как закон сохранения энергии: слишком много энергии приходится тратить на отрыв электрона от такого атома. В условиях, типичных для проведения химических реакций, атому просто негде взять так много энергии. Но...В изолированном атоме, свободном от внешних воздействий, электрон находится в основном состоянии. Возбудить электрон может лишь энергия, принесенная извне. Возможны разные степени возбуждения в зависимости от величины привнесенной энергии. Значит, эксимер лазер возбужденных состояний может быть великое множество. Но, заметим, в любом из них электрон может находиться лишь ограниченное время, обычно исчисляемое миллионными, эксимер лазер то эксимер лазер миллиардными долями секунды. Атом, в котором есть хотя бы один возбужденный электрон, называют возбужденным.Поскольку параметры внешнего электрона в возбужденном атоме отличаются от параметров такого же электрона в основном состоянии, то химические свойства возбужденного атома должны быть не такими, как у невозбужденного. Одни эксимер лазер те же атомы в разных степенях возбуждения могут проявлять себя совсем по-разному. Нетрудно представить, насколько шире стали бы рамки традиционной химии, если бы она смогла охватить соединения, образующиеся при участии возбужденных атомов.Химические процессы с участием столь короткоживущих частиц уже стали реальностью. Конечно, малые времена жизни возбужденных атомов накладывают определенные ограничения. Главное, скорость реакций с их участием должна быть достаточно большой, иначе реакция либо не успеет произойти, либо наши приборы не успеют ее зарегистрировать. И все же химия возбужденных атомов уже существует и, более того, начинает приносить практическую пользу.ПРИОБЩЕНИЕ К ВЗАИМОДЕЙСТВИЮНаиболее радикальное изменение химических свойств при переходе от невозбужденного состояния к возбужденному происходит с атомами благородных газов. Атом аргона, к примеру, в возбужденном состоянии может стать сильным восстановителем.Атомы щелочных металлов, имеющие во внешней оболочке по одному s-электрону, проявляют примерно одинаковые химические свойства, известные любому старшекласснику. В атоме инертного газа один из валентных электронов можно возбудить таким образом, чтобы сложилась ситуация, во многом аналогичная той, что имеет место в невозбужденном атоме щелочного металла: валентный электрон находится в s-состоянии (иначе говоря, в первом возбужденном состоянии). Так же, как в атоме щелочного металла, энергия связи этого электрона равна 4-5 эВ.Атом аргона в первом возбужденном состоянии должен с точки зрения химии быть подобен невозбужденному атому ближайшего из щелочных металлов - калия. То же эксимер лазер в других подобных парах: неон-натрий, криптон-рубидий, ксенон-цезий.Это сходство сначала было предсказано на основе законов эксимер лазер формул квантовой химии, эксимер лазер потом подтверждено в экспериментах. Были получены молекулы-эксимеры ArF, KrF, XeCl, KrCl.На рис. 3 в качестве примера представлена диаграмма потенциальной энергии эксимерной молекулы KrF. Естественно, в основном состоянии такая молекула нестабильна, эксимер лазер потому нереальна. Это видно эксимер лазер на графике: с увеличением расстояния между атомами потенциальная энергия взаимодействия монотонно убывает. А на диаграмме такой же молекулы в возбужденном состоянии имеется глубокая потенциальная яма. Значит, в этом состоянии эксимерная молекула может существовать, вступать в реакции, проявлять себя как некая химическая индивидуальность.Рис. 3. Потенциальные кривые молекулы KrF. Для основного электронного состояния кривая имеет вид монотонно убывающей функции - молекула в этом состоянии нестабильна. Возбужденная молекула (эксимер) Kr*F имеет кривую с довольно глубоким минимумом, который обусловлен кулоновским притяжением разноименных ионов Кr+ эксимер лазер F-Уже твердо установлено, что химическая связь в эксимерных молекулах галогенидов благородных газов - ионная, как в привычных молекулах солей. При сближении двух атомов внешний электрон возбужденного благородного газа "перетекает" на атом галогена. В результате образуется пара ионов с зарядами противоположного знака. Кулоновское притяжение этих ионов эксимер лазер удерживает молекулу в стабильном состоянии. Аналогия между солями эксимер лазер эксимерными соединениями очень близкая, на ее основе точно определены энергии связи эксимер лазер многие другие параметры эксимерных молекул. Поэтому их стало легко опознавать в любых, сколь угодно сложных экспериментальных условиях.Параллель с атомами щелочных металлов позволяет надежно предсказывать свойства неизвестных эксимерных молекул, Советский исследователь В. Д. Кулагин, пользуясь этой аналогией, в 1978 г. предсказал существование сложных эксимерныи молекул типа R*OH (R* - возбужденный атом благородного газа). Одно из таких соединений - эксимерное основание состава Хе*ОН - через несколько месяцев после этого было получено английским исследователем М. Хатчинсоном. Энергия связи эксимер лазер характеристики излучения, сопровождающего распад такой эксимерной молекулы, с точностью до 7% совпал с предсказанными В. Д. Кулагиным.Поиски новых эксимерных соединений продолжаются во многих лабораториях мира.ГАРПУННЫЕ РЕАКЦИИПоскольку эксимерные молекулы существуют чрезвычайно короткое время накапливать их можно лишь как продукт чрезвычайно скоротечных химических реакций. Таких реакций известно не так yж много, но есть среди них хорошо изученные эксимер лазер простые, например реакции образования галогенидов благородных газов, протекающие при парных столкновениях:R* + X2 ® R*X + X.Здесь, как эксимер лазер ранее, R* - возбужденны: атом благородного газа, Х2 - молекула галогена (F2, Cl2, I2).Скорость этой реакции, как эксимер лазер скорость аналогичной реакции с участием обычных атомов щелочного металла, чрезвычайно высока. В оптимальных условиях большинство возбужденных атомов успевает вступить в реакцию за стомиллионные доли секунды.Реакция протекает в две стадии (рис. 4). На первой электрон покидает возбужденный атом благородного газа эксимер лазер переходит к молекуле галогена: вместо пары нейтральных частиц образуются два иона с зарядами противоположного знака. Кулоновское притяжение этих ионов заставляет их приблизиться друг к другу на такие расстояния, при которых ионная связь R+ - X- оказывается сильнее, чем связь X - X-. Вторая стадия: разрыв старой - ковалентной эксимер лазер образование новой - ионной связи. Реакция произошла. По образному выражению американского физикохимика Д. Гершбаха, электрон возбужденного атома благородного газа действует здесь подобно гарпуну, который "забрасывается" атомом в электроотрицательную молекулу эксимер лазер с помощью сил электростатического притяжения удерживает реагирующие атомы на близком расстоянии в течение времени, достаточного для перестроения тяжелых частиц, участвующих в химической реакции. Сравнение оказалось настолько точным, что термин "гарпунные реакции" закрепился в научной литературе.Рис. 4. Гарпунная реакция протекает в две стадии. На первой стадии (а) электрон атома инертного газа, находящегося в возбужденном состоянии, перескакивает на свободную орбиту отрицательного молекулярного иона (Х2)-. На второй стадии (б) кулоновское притяжение положительного (R+) эксимер лазер отрицательного (Х-) ионов приводит к разрыву старой, ковалентной связи Х- - X эксимер лазер образованию новой, ионной связи R+ - Х-.В наши дни возможно получение эксимерных молекул в больших количествах. Дело, в принципе, сводится к получению возбужденных атомов благородного газа эксимер лазер концентрированию их в тех или иных условиях.ЕСТЬ ЕЩЕ И ДИМЕРЫГалогениды благородных газов - не единственный уже известный класс эксимерных молекул. Не менее интересны димеры благородных газов - молекулы, составленные из двух одинаковых атомов (подобно молекулам азота, хлора, кислорода). Одинаковых, да не совсем: хотя бы один из атомов пары обязательно должен находиться в возбужденном cостоянии. Попробуем разобраться в природе химической связи таких молекул. Рассмотрим для начала более простую систему - молекулярный ион благородного газа (Аr2+, Хе2+ эксимер лазер т. д.). Относительная стабильность таких молекулярных ионов вполне объяснима, поскольку ион, заряженный положительно, немного смещает в свою сторону электронное облако, окружающее нейтральный атом. В результате атом перестает быть сферически симметричной системой эксимер лазер приобретает дипольный момент. Взаимодействие такого диполя с положительным зарядом иона приводит к притяжению, в результате которого на потенциальной кривой появляется необходимый нам минимум - условие относительной стабильности молекулярной системы.Добавим теперь к молекулярному иону слабосвязанный электрон - ион превратится в димерную молекулу. Орбита слабосвязанного электрона удалена от обоих ядер гораздо дальше, нежели ядра друг от друга.В реальных условиях, как эксимер лазер в случае с галогенидами, необходимо сначала создать некоторое количество возбужденных атомов благородного газа R*. Молекула R*2 образуется при одновременном соударении трех частиц, одна из которых - возбужденный атом благородного газа: R* + 2R ® R*2 + R. Третья частица необходима, чтобы унести избыток энергии, высвобождающейся при образовании молекулы-димера.И в этом случае скорость процессов обязательно должна опережать скорость распада возбужденных частиц. Вероятность тройных столкновений тем больше, чем больше давление газа. Для образования эксимерных димеров потребовались очень высокие давления. В первом эксперименте, выполненном в ФИАНе в 1970 г. под руководством академика Н. Г. Басова, димер ксенона удалось получить лишь при работе со сжиженным газом. В дальнейшем, однако, подобные эксимерные молекулы смогли получить эксимер лазер в газообразной среде.ФАБРИКА ЭКСИМЕРОВЕстественно, что при получении эксимерных молекул используется не столько химическая, сколько физическая аппаратура. Первая задача, если помните, накопить в плотном газе электронно-возбужденные атомы.Тут две сложности. Во-первых, возбужденные атомы надо создавать быстро. Во-вторых, совершенно необходимо, чтобы подавляющая часть их находилась в одном эксимер лазер том же возбужденном состоянии, одном из множества возможных. В противном случае одновременно будут идти самые различные процессы, эксимер лазер тогда попытка разобраться в них, выделить что-то одно была бы равносильна попытке исследовать, скажем, реакцию окисления азота во время лесного пожара.Соблюсти одновременно эти два условия очень непросто. В конечном счете для "фабрики эксимеров" понадобилась не совсем традиционная техника введения энергии в плотный газ - пучок быстрых электронов, сформированный в небольшом линейном ускорителе. Через тонкую фольгу короткими импульсами электроны подаются в объем, заполненный газом под давлением (рис. 5). В плотном газе электрон замедляется в результате многократных соударений. Энергия, выделяющаяся при этом, идет в основном на ионизацию частиц, т. е. вместо необходимых нам возбужденных атомов образуются ионы эксимер лазер свободные электроны.Рис. 5. Схема установки для получения эксимерных молекул с помощью электронного пучка: 1 - катод, на который подается высокое напряжение; 2 - электронный пучок; 3 - окно для наблюдения; 4 - вакуумная камера; 5 - разделительная фольга; 6 - камера высокого давленияОднако если плотность газа достаточно велика, то под действием электронного пучка частицы испытывают серию последовательных превращений, которые в конечном счете приводят к образованию атомов, возбужденных определенным образом. Первое возбужденное состояние атомов благородных газов в этом случае вполне достижимо.ЗАЧЕМ НУЖНА ХИМИЯ МГНОВЕНИЙЭксимерные молекулы, время жизни которых исчисляется мгновениями, вряд ли когда-нибудь понадобятся для получения новых материалов. Срок службы таких материалов исчислялся бы теми же долями миллисекунды, которые "живет" возбужденный атом. И тем не менее роль эксимеров не сводится к утилитарно-рекламной функции - поразить чье-то воображение эксимер лазер еще больше утвердить нас в мысли о бесконечном многообразии явлений природы.Разумеется, мы никогда не сможем употребить столь короткоживущие молекулы в привычных целях, однако мы в состоянии использовать, практически использовать, сам факт быстрого распада таких молекул. Энергия-то эксимер лазер в этом случае выделяется, причем в чрезвычайно полезном для нас виде: распад эксимерных молекул сопровождается испусканием ультрафиолетового излучения.До появления эксимерных соединений трудно было получить интенсивное эксимер лазер концентрированное ультрафиолетовое излучение. Обычные источники ультрафиолета отличаются очень низким к. п. д. - считанные проценты энергии, подводимой к устройству, превращаются в кванту излучения с необходимой длиной волны. К тому же это излучение обычно "размазано" по весьма широкому спектральному диапазону: оно состоит из квантов, сильно отличающихся по частотным характеристикам. Распад эксимеров, напротив, дает мощное эксимер лазер практически монохроматическое ультрафиолетовое излучение. Такой ультрафиолет необходим специалистам многих областей науки, в том числе эксимер лазер химии. Эксимерные молекулы представляю собой идеальную активную среду для газовых лазеров, излучающих в ультрафиолетовой части спектра. У эксимерных лазеров возможна плавная регулировка частоты испускаемого излучения. Если лазер, работающий на энергетически переходах обычных молекул, можно сравнить с приемником радиотрансляционной сети с несколькими фиксированными программами, то эксимерный лазер - это первоклассный радиоприемник с точной настройкой на любую волну заданного диапазона.Такая возможность особенно ценится когда лазерное излучение используют для стимулирования (или исследования) химических реакций. И это лишь один - самый очевидный - практический исход химии мгновений.НАЗАДГлавная :: Архив статей :: Поиск :: Гостевая :: СсылкиПомоги сайту! Брось денежку в смс-копилку! #bn {display:block;} #bt {display:block;} разделы заказать микроавтобус protherm луковичный цвет болен алкоголизмом рукавица международный конкурс втулка переходный rittal выставочный витрина электрокамин dimplex model magic (sp8) купить 6131 асбест хризотиловый набор гинекологический инженерный геодезия итальянский вина метробонд креатин толщиномер облицовка электрокамин тонировка стекол дешевый холодильник мэш кожгалантерея mobilux сушильный машина frigidaire ларсен центр зеркало багуа разогреть вчерашний обед фактурный краска ленинградский вокзал билет thuraya longines два цвет tognana фарфор слабость головокружение холодильник уценка нужен фотограф асбест а7-450 билет большой валерий билет куллер 478 меховой холодильник очки защитный набор гинекологический индустриальный монитор виниловый дирижабль диагностический стенд фирменный флаг диспетчеризация фактурный краска стелажи холодильник уценка бахила полиэтиленовый купить архиватор винный холодильник перевод испанский pki штангенциркуль пескоструйка срок реализация рак вспучивающийся краска пежо 407 купить угольник перех акриловый вкладыш мва циклон сцн-40 asus p505 тонирование окон перевод денег красный площадь мавзолей контейнерный автозаправка облицовка панель купить аудиоплееры kiev apartments service фирменный флаг пассажирский лифт рассылка корреспонденция восстановление удаленный информация электроинструмент metabo сборщик долг управление архангельск лак эмаль стальной топкий spartherm колокейшн акриловый вкладыш штамповка тонирование стекла i`m o.k./герои гроб утюг билет russia music awards mobilux гайковерт международный конкурс дебютант сэндвич кофе-бар сканер штрихкодов лак orly гидрант измерительный комплекс к2-79 надевание бахила сейфовые ячейка восстановление файл конвейер шнековый лечение алкоголизма растворитель 646 квн деловой костюм красный площадь гум басейны intex госпиталь мэш фирменый цвет корпоративный хранилище данный спирли обогащение кислородом производственный тара прогрессирующий близорукость помидор купля холодный обзвон затенение витрина врач-гинеколог узи тошиба градирня вентиляторные изготовление пленка краска ржавчина флаг башня тиристорный контактор отпуск конец танго кэш бахила брэнд охота легавый мрт коленный сустав кулер 939 гуп ритуал билет цдкж купить широкоугольник газонокосилка dolmar бензопила импортный нестандартный коробка антенна kyiv apartments service обогащение кислородом knauf гипсокартон медикаметозное безоперационное прерывание беременность скребковый конвейер квн съемка стеклянный перегородка кулер 939 kiev apartments service выделение кислорода крот-95 кпк опт купить электрооткрывалку против рак кулер процессор букмекерский контора шанс kiev apartaments service облицовка электрокамин lucent definity крот dr крупный жилищный комплекс крановый тележка машина r-600 заказать обед электро лаборатория наркомания спецобувь время ярославль аденома уничтожение данный summer кухонный видеослот 5004.13 (крышка) северный корона решетка окон охота легавый задний зеркало хосе карерас билет изолента хб гуп ритуал концентрирование кислорода hi-fi доставка кулеров укв радиосвязь подгонный компенсатор danfoss адресный база данный vps vds кострома жилье альтернативный медицина базовый шпатлевка гуп ритуал купить аудиоплееры купить nokia 9300i рассылка адрес shimadzu рак щитовидный железа sharp ar-m205 эксимер лазер