İçeriğe atla

Çapraz moleküler ışın

Kinetik çalışmalar için moleküler ışın yönteminin şeması

Çapraz moleküler ışın deneyleri, kimyasal reaksiyonun dinamiklerini incelemek için iki atom veya molekül ışınının çarpıştığı kimyasal deneylerdir ve bireysel reaktif çarpışmaları tespit edebilir.[1]

Teknik

Çapraz moleküler ışın aparatında, iki koşutlanmış gaz fazı atomu veya molekül demeti, her bir ışın içindeki çarpışmaları göz ardı edecek kadar seyreltilir ve vakum odasında kesişir. Ortaya çıkan ürün moleküllerinin yönü ve hızı daha sonra ölçülür ve sıklıkla kütle spektrometrik verileri ile birleştirilir. Bu veriler, enerjinin, ürün moleküllerinin öteleme, dönme ve titreşim modları arasında bölünmesi hakkında bilgi verir.[2]

Tarih

Çapraz moleküler ışın tekniği, Dudley Herschbach ve Yuan T. Lee tarafından geliştirilerek 1986 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görüldü.[3] Teknik 1953 yılında Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndan[4] Taylor ve Datz tarafından gösteriliyorken, Herschbach ve Lee, aparatı geliştirdiler ve gaz fazı reaksiyonlarını daha önce görülmemiş ayrıntılarla araştırmaya başladılar.

Erken çapraz kiriş deneyleri potasyum, rubidyum ve sezyum gibi alkali metalleri araştırdı. Dağınık alkali metal atomları sıcak bir metal lif ile çarpıştığında iyonlaşarak küçük bir elektrik akımı oluşturdular. Bu algılama yöntemi neredeyse mükemmel şekilde verimli olduğundan, teknik oldukça hassastır.[2] Ne yazık ki bu basit algılama sistemi yalnızca alkali metalleri algılar. Ana grup unsurlarını analiz etmek için yeni tespit tekniklerine ihtiyaç vardı.

Dağınık parçacıkların bir metal filament içinden tespit edilmesi, iyi bir açısal dağılım göstergesi sağladı, ancak kinetik enerjiye duyarlılığı yoktu. Kinetik enerji dağılımına ilişkin fikir edinmek için erken çapraz moleküler ışın aparatları, çarpışma merkezi ile dedektör arasına yerleştirilmiş bir çift yarıklı disk kullandı. Disklerin dönüş hızının kontrol edilmesiyle, yalnızca bilinen belirli bir hıza sahip parçacıklar geçebilir ve tespit edilebilir.[2] Hız açısal dağılımı ve dağınık türlerin kimliği hakkında bilgi ile sistemin dinamikleri hakkında faydalı bilgiler elde edilebilir.

Daha sonraki gelişmeler, kinetik enerjinin kolay ölçümüne izin vermek için sadece ilgilenilen ürünleri[5] seçmek için dört kutuplu kütle filtrelerinin yanı sıra uçuş zamanı kütle spektrometrelerinin kullanımını içeriyordu. Bu gelişmeler aynı zamanda "evrensel" çapraz moleküler ışın aparatının gelişini işaret eden çok çeşitli bileşiklerin tespitine de izin verdi.

Gazları birleştirmek için süpersonik nozulların dahil edilmesi, deneylerin çeşitliliğini ve kapsamını genişletti ve ışınları uyarmak için lazerlerin kullanılması (çarpmadan önce veya reaksiyon noktasında) bu tekniğin uygulanabilirliğini daha da genişletti.[2]

Kaynakça

  1. ^ Lee, Y. T. (1987). "Molecular Beam Studies of Elementary Chemical Processes". Science. 236 (4803): 793-8. doi:10.1126/science.236.4803.793. PMID 17777849. 6 Haziran 2020 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Kasım 2020. 
  2. ^ a b c d Andersen, Per H. (Mart 1987). "Herschbach, Lee and Polanyi Receive 1986 Chemistry Nobel". Physics Today. 40 (3): 17-20. doi:10.1063/1.2819946. ISSN 0031-9228. 
  3. ^ Nobel Foundation 18 Temmuz 2006 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
  4. ^ Taylor, E. H.; Datz, S. (1955). "Study of Chemical Reaction Mechanisms with Molecular Beams. The Reaction of K with HBr*". J. Chem. Phys. 23 (9): 1711. Bibcode:1955JChPh..23.1711T. doi:10.1063/1.1742417. 
  5. ^ Miller, W. B.; Safron, S. A.; Herschbach, D. R. (1967). "Exchange reactions of alkali atoms with alkali halides: a collision complex mechanism". Discuss. Faraday Soc. 44: 108-122. doi:10.1039/DF9674400108. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Enerji</span> bir sistemin iş yapabilme yeteneğinin ölçüsü

Fizikte enerji, bir cisime veya fiziksel bir sisteme aktarılan, işin performansında ve ısı ve ışık biçiminde tanınabilen niceliksel özelliktir. Enerji korunan bir miktardır; Enerjinin korunumu yasası, enerjinin istenen biçime dönüştürülebileceğini ancak yaratılamayacağını veya yok edilemeyeceğini belirtir. Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) enerjinin ölçü birimi joule'dür (J).

<span class="mw-page-title-main">Hidrojen</span> sembolü H ve atom numarası 1 olan kimyasal element

Hidrojen, sembolü H, atom numarası 1 olan kimyasal bir element. Standart sıcaklık ve basınç altında renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız, oldukça yanıcı ve H2 olarak bulunan bir diatomik gazdır. 1,00794 g/mol'lük atomik kütlesi ile tüm elementler arasında en hafif olanıdır. Periyodik cetvelin sol üst köşesinde yer alır. Hidrojenin adı, Yunancada "su oluşturan" anlamına gelen ὑδρογόνο'dan (idrogono) kelimesinden gelir.

<span class="mw-page-title-main">Maxwell'in Cini</span> düşünce deneyi

Maxwell'in Cini veya Maxwell'in Şeytanı, İskoç fizikçi James Clerk Maxwell'in ikinci termodinamik yasasının geçerliliğini sorgulamak amacıyla 1867'de ortaya attığı bir "düşünce deneyi"dir.

<span class="mw-page-title-main">Ernest Rutherford</span> Yeni Zelanda asıllı İngiliz fizikçi (1871-1937)

Ernest Rutherford, Yeni Zelandalı-İngiliz deneysel fizikçidir. 1908 yılı Nobel Kimya Ödülü sahibi.

Fotoelektrik etki ya da fotoemisyon, ışık bir maddeyi aydınlattığında elektronların ya da diğer serbest taşıyıcıların ortaya çıkmasıdır. Bu bağlamda ortaya çıkan elektronlar, fotoelektronlar olarak adlandırılır. Bu olay genellikle elektronik fiziğinde hatta kuantum kimyası ya da elektrokimya gibi alanlarda çalışılır.

<span class="mw-page-title-main">Karanlık madde</span> evrenin %23 kadarını oluşturan gizemli bir madde türü

Karanlık madde, astrofizikte, elektromanyetik dalgalarla etkileşime girmeyen, varlığı yalnız diğer maddeler üzerindeki kütleçekimsel etkisi ile belirlenebilen varsayımsal maddelere denir. Karanlık maddelerin varlığını belirlemek için gök adaların döngüsel hızlarından, gök adaların diğer gök adalar içerisindeki yörüngesel hızlarından, geri planda yer alan maddelere uyguladığı kütleçekimsel mercekleme özelliğinden ve gök adaların içerisindeki sıcak gazların sıcaklık dağılımından yararlanılır. İncelemeler, gök adalarda, gök ada gruplarında ve Evren'de, görülebilen maddelerden çok daha fazla karanlık madde olduğunu göstermektedir. Karanlık maddelerin bileşenleri tamamen bilinmemekle birlikte, WIMP'ler, aksiyonlar, sıradan ve ağır nötrinolar, gezegenler ve sönmüş yıldızlarla birlikte verilen isim MACHO'lar ile ışıma yapmayan gaz bulutlarından oluşur.

<span class="mw-page-title-main">Spektroskopi</span>

Spektroskopi elektromanyetik radyasyon ile maddenin etkileşiminin radyasyonun dalga boyu veya frekansının bir fonksiyonu olarak ortaya çıkan elektromanyetik spektrumu (tayf) ölçen ve yorumlayan bir çalışma alanıdır. Başka bir deyişle, elektromanyetik spektrumun tüm bantlarında görünür ışıktan kaynaklı olarak meydana gelen bir kesin renk çalışmasıdır.

Kinetik teori veya gazların kinetik teorisi, gazların basınç, sıcaklık, hacim gibi makroskobik özelliklerini moleküler bileşim ve hareketlerine bağlı olarak açıklayan teoridir. Esas olarak, teori Isaac Newton'un kanısının tersine basıncın moleküller arası statik itmeden kaynaklanmadığını, bunun yerine belli hızlarda hareket eden moleküller arası çarpışmalardan kaynaklandığını söyler. Kinetik teori aynı zamanda kinetik-moleküler teori veya çarpışma teorisi olarak da bilinir.

<span class="mw-page-title-main">Yıldızlararası ortam</span>

Astronomide Yıldızlar arası ortam (ISM), bir galaksideki yıldız sistemleri arasında var olan maddedir. Bu madde iyonik, atomik ve moleküler formda gaz, toz ve kozmik ışınlar içerir. Yıldızlararası uzayı doldurur ve galaksiler arası uzaya iyi bir şekilde uyum sağlar. Aynı hacmi kaplayan elektromanyetik radyasyon şeklindeki enerji de yıldızlararası radyasyon alanıdır.

<span class="mw-page-title-main">Esnek olmayan çarpışma</span> Enerjinin ısıya dönüştüğü, kinetik enerjinin korunmadığı çarpışma

Esnek olmayan çarpışmalar, esnek çarpışmaların aksine, sürtünme nedeniyle kinetik enerjinin korunmadığı bir çarpışma çeşididir.

<span class="mw-page-title-main">Durgun kütle</span>

Değişmez kütle, durgun kütle, gerçek kütle, tam kütle ya da sınır sistemleri durumunda basitce kütle, bir objenin veya Lorentz dönüşümlerine göre tüm referans çerçevelerinde aynı olan objelerin sisteminin toplam enerji ve momentum karakteridir. Eğer momentum çerçevesinin bir merkezi sistemde oluşuyorsa, sistemin değişmez kütlesi toplam enerjinin ışık hızının karesine bölümüyle bulunur. Diğer referans çerçevelerinde, sistemin enerjisi artar yalnız sistemin momentumu bundan çıkarılmıştır, yani değişmez kütle aynı kalır.

<span class="mw-page-title-main">Yıldızlararası bulut</span> Uzayda gaz, plazma ve toz birikimi

Yıldızlararası bulut, Samanyolu ve diğer gökadalardaki gaz, plazma ve tozun birikimi olarak tanımlanır. Başka bir deyişle yıldızlararası bulut, bir gökadada yıldız sistemleri arasındaki boşlukta var olan madde ve radyasyon olan yıldızlararası ortamın ortalamadan daha yoğun bir bölgesidir. Belirli bir bulutun yoğunluğuna, boyutuna ve sıcaklığına bağlı olarak, hidrojeni nötr olabilir ve bir H I bölgesi oluşturur; iyonize olabilir veya plazma haline gelerek bir H II bölgesi oluşturabilir veya moleküler olabilir. Bunlara basitçe moleküler bulutlar veya bazen yoğun bulutlar denir. Nötr ve iyonize olmuş bulutlar bazen dağınık bulutlar (diffuse) olarak da adlandırılır. Bir yıldızlararası bulut, yaşamının sonlarına doğru bir kırmızı devin gaz ve toz parçacıkları tarafından oluşturulur.

<span class="mw-page-title-main">Kütle spektrometrisi</span> Kütle ölçer

Kütle spektrometrisi, İngilizce: Mass spectrometry (MS), kimyasal türleri iyonize edip oluşan iyonları Kütle-yük oranını esas alarak sıralayan bir analitik teknik. Daha basit terimler ile, bir kütle spektrumu bir numunen içindeki kütleleri ölçer. Kütle spektrometrisi birçok farklı alanda kullanılır ve kompleks karışımlara uygulandığı kadar saf numunelere de uygulanır.

<span class="mw-page-title-main">Elektron-pozitron annihilasyonu</span>

Elektron-pozitron anhilasyonu, bir elektron ve bir pozitron çarpıştığı zaman oluşur. Düşük enerjilerde, çarpışmanın sonucu elektron ve pozitronun anhilasyonu (imhası) ve gama ışını fotonlarının oluşmasıdır:


e-
 + 
e+
→ 
γ

γ

Reaksiyon kinetiği olarak da bilinen kimyasal kinetik, kimyasal reaksiyonların hızlarını ve mekanizmalarını araştırmakla ilgilenen bir fiziksel kimya dalıdır. Bir sürecin gerçekleştiği yön ile ilgilenen ancak gerçekleşme hızları hakkında bir bilgi vermeyen termodinamik ile karıştırılmamalıdır. Kimyasal kinetik, deneysel koşulların kimyasal reaksiyonların hızı üzerine etkilerini, reaksiyon mekanizmaları ile geçiş hâllerinin verim bilgilerini ve kimyasal reaksiyonların karakteristiklerini tanımlayan matematiksel modellerin çıkarılmasını kapsayan bir bilim alanıdır.

<span class="mw-page-title-main">Faz yüzey bilimi</span>

Faz yüzey bilimi, katı - sıvı arayüzleri, katı - gaz arayüzleri, katı - vakum arayüzleri ve sıvı - gaz arayüzleri dahil olmak üzere iki fazın arayüzünde meydana gelen fiziksel ve kimyasal olayların incelenmesidir. Yüzey kimyası ve yüzey fiziği alanlarını içerir. İlgili bazı pratik uygulamalar yüzey mühendisliği olarak sınıflandırılmaktadır. Bilim heterojen kataliz, yarı iletken cihaz üretimi, yakıt hücreleri, kendi kendine monte edilen tek tabakalar ve yapıştırıcılar gibi kavramları kapsar. Faz yüzey bilimi arayüz ve kolloid bilimi ile yakından ilgilidir. Arayüzey kimyası ve fizik her ikisi için de ortak konulardır. Yöntemler farklı. Buna ek olarak, arayüz ve kolloid bilimleri, arayüzlerin özelliklerinden dolayı heterojen sistemlerde ortaya çıkan makroskopik olayları inceler.

<span class="mw-page-title-main">Elektron iyonizasyonu</span>

Elektron iyonizasyonu, enerjik elektronların iyonlar üretmek için katı veya gaz fazı atomları veya molekülleri ile etkileşime girdiği bir iyonizasyon yöntemidir. EI, kütle spektrometrisi için geliştirilen ilk iyonizasyon tekniklerinden biriydi. Ancak bu yöntem hala popüler bir iyonizasyon tekniğidir. Bu teknik, iyonları üretmek için yüksek enerjili elektronlar kullandığı için sert bir iyonizasyon yöntemi olarak kabul edilir. Bu, bilinmeyen bileşiklerin yapı tespiti için yardımcı olabilecek kapsamlı parçalanmaya yol açar. EI, moleküler ağırlığı 600'ün altında olan organik bileşikler için en yararlı olanıdır. Aynı zamanda, katı, sıvı ve gaz halindeki birkaç başka termal olarak kararlı ve uçucu bileşik, çeşitli ayırma yöntemleriyle birleştirildiğinde bu tekniğin kullanılmasıyla tespit edilebilir.

<span class="mw-page-title-main">Çarpışmaya bağlı ayrışma</span>

Çarpışmaya bağlı ayrışma, gaz fazında seçilen iyonların parçalanmasını indüklemek için bir kütle spektrometresi tekniğidir. Seçilen iyonlar genellikle iyon kinetik enerjisini artırmak amacı ile bir elektrik potansiyeli uygulanarak hızlandırılır ve daha sonra nötr moleküllerle çarpışmalarına izin verilir. Çarpışmada kinetik enerjinin bir kısmı iç enerjiye dönüştürülür, bu da bağ kırılmasına ve moleküler iyonun daha küçük parçalara parçalanmasına neden olur. Bu fragman iyonları daha sonra ardışık kütle spektrometresi ile analiz edilebilir.

Çarpışma iki ya da daha fazla cismin birbirlerine kısa bir süreliğine uyguladıkları kuvvet olayına denir. Çarpışma kelimesinin en yaygın kullanımı iki ya da daha fazla cismin birbirleriyle çarpışması anlamına gelmesine rağmen, kelimenin bilimsel olarak kullanımına baktığımızda çarpışma aslında kuvvetlerin büyüklükleri hakkında hiçbir şey ima etmez.

<span class="mw-page-title-main">Gereon Niedner-Schatteburg</span>

Gereon Niedner-Schatteburg Alman fizikçi ve kimyager. Kendisi Kaiserslautern Üniversitesi kimya bölümünde fiziksel kimya profesörüdür. 2011 yılından bu yana DFG tarafından finanse edilen bölgeler arası işbirlikçi araştırma merkezi SFB/TRR 88 3MET.de'nin direktörlüğünü yapmaktadır.