Prima pagină Stiinta

Premieră demnă de Premiul Nobel: cercetătorii au observat comportamentul electronilor în timpul reacţiilor chimice

Alexandru Voiculescu 01.01.2019 | ● Vizualizări: 487
Credit: 123RF     + zoom
Galerie foto (1)

Într-un studiu publicat recent în revista Science, cercetătorii de la University of Paderborn şi Fritz Haber Institute Berlin au demonstrat capacitatea de a observa mişcările electronilor în timpul reacţiei chimice. De multă vreme, oamenii de ştiinţă au studiat procesele la scară atomică ce stau la baza reacţiilor chimice, dar până acum nu au putut observa comportamentul electronilor atunci când atomii interacţionau în acest mod.

Dificultăţile apar, desigur, pentru că electronii sunt particule extrem de mici. De obicei, experimentele care au miza de a observa comportamentul electronilor folosesc impulsuri cu laser care interacţionează cu electronii. Aceştia pot calcula energia electronilor prin analizarea proprietăţilor acestor particule care sunt înlăturate de lumina laserului, scrie Phys.

Provocarea pentru cercetători este înregistrarea evenimentelor care au loc într-un timp măsurat în femtosecunde (o femtosecundă este a cvadrilioana parte dintr-o secundă). Trebuie să excite un sistem cu un laser, apoi să-l urmărească în următoarele câteva femtosecunde. După această durată extrem de scurtă, savanţii mai trimit un impuls laser. De menţionat că lumina străbate doar 300 de nanometri (un nanometru este 10^-9 metri) într-o femtosecundă.

După ce sunt impulsionaţi de primul laser, electronii de valenţă ai atomilor, electronii din învelişul exterior, se  rearanjează pentru a forma legăturile chimice, rezultând în noi molecule. Din cauza vitezei şi dimensiunilor reduse ale acestor interacţiuni, cercetătorii doar au emis ipoteze cu privire la modul în care acest rearanjament are loc.



Alături de metodele experimentale, metodele computaţionale au devenit instrumente esenţiale pentru înţelegerea acestor interacţiuni, verificând observaţiile experimentale şi studiind comportamentul în timpul reacţiei chimice în cauză într-un detaliu mai mare. Un grup de savanţi de la University of Paderborn, condus de Wolf Gero Schmidt, a colaborat cu fizicieni şi chimişti pentru a complementa experimentele cu modelele computaţionale.

„Puteam arăta cum se mişcau atomii în timpul reacţiilor chimice”

Anul trecut, grupul lui Schmidt a avut un parteneriat cu cercetători de la University of Duisburg-Essen pentru a observa în timp real tranziţiile de fază induse de fotoni. Tranziţiile de fază - atunci când o substanţă îşi schimbă starea de agregare, precum apa lichidă devenind gheaţă - sunt importante în studierea şi crearea materialelor, deoarece proprietăţile substanţei se pot schimba semnificativ în funcţie de starea în care se află.

Spre exemplu, echipa a găsit că atunci când nanofire de indiu sunt supuse impulsurilor laser, acestea se schimbă de la izolator la conductor electric.

Acum, echipa a dorit să studieze reacţiile chimice ale fenomenului la un nivel (şi mai) fundamental, pentru a observa modul în care electronii se comportă sub acţiunea laserului. „Anul trecut, am publicat un articol în Nature care prezenta măsurătorile mişcărilor atomice la această scară”, a precizat Schmidt. „Puteam arăta cum se mişcau atomii în timpul reacţiilor chimice. Acest an, am putut monitoriza electronii în timp ce reacţia avea loc”, a adăugat savantul.

Vă recomandăm să citiţi şi următoarele articole:

Temperatura electronilor poate scădea până la zero absolut, iar efectele acestui fenomen sunt extraordinare

S-a confirmat! Electronul este o sferă aproape perfectă şi este nevoie de un accelerator de particule mai mare

Electronii sunt la 0.000000000000000000000000001 cm distanţă de a fi o sferă perfectă!

FOTO. Fizicienii au ''îndesat'' un atom cu alţi atomi şi au descoperit o nouă stare a materiei