JACS: Чтобы отследить реакцию убийцы озона на свет, пришлось обогнать молекулы

Исследователи впервые увидели, как бромоформ перестраивает свои атомы за долю секунды после воздействия ультрафиолета.

Путь преобразования структуры разрушающей озоновый слой молекулы при взаимодействии со светом засняли с помощью ультрабыстрой визуализации.

Понимание того, как протекают эти сверхбыстрые химические реакции на атомном уровне, важно для управления их воздействием и снижения возможного ущерба.

Бромоформ — модельная система, которая помогает понять, как электроны и атомы взаимодействуют для запуска химической реакции, — говорит Оливер Гесснер из Национальной лаборатории имени Лоренса Беркли.

Учёные уже несколько десятилетий изучают УФ-фотохимию бромоформа. Это соединение разрушает озон в атмосфере Земли и производится фитопланктоном и морскими водорослями.

Под воздействием ультрафиолета бромоформ претерпевает два процесса: диссоциацию (отделение атома брома от остальной молекулы) и изомеризацию (перестройку атомов в другую конфигурацию).

Гесснер, руководитель программы атомных, молекулярных и оптических наук в отделе химических наук Лаборатории Беркли, говорит, что некоторые наблюдали признаки этого изомера, но они были слишком кратковременными для доказательства. Различные теории по-разному предсказывают долю бромоформа, образующегося каждым путём.

В исследовании, опубликованном в Journal of the American Chemical Society, Гесснер и его коллеги разработали эксперимент, который подтвердил образование изомеров и определил долю диссоциирующих молекул бромоформа и долю образующихся изомеров.

Исследователи возбудили молекулы бромоформа с помощью ультрафиолетового света (длина волны 267 нанометров). Затем они получили изображение возбуждённых молекул с помощью прибора для дифракции электронов в Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

Молекулы за несколько сотен фемтосекунд решают, в какую сторону им двигаться, поэтому мы должны были действовать быстрее, — говорит Гесснер.

Исследователи изучили, как меняются расстояния между атомами в молекулах бромоформа с течением времени. Они сделали это, измерив расстояния по электронным изображениям.

Оказалось, что 60% молекул бромоформа претерпели изомеризацию в течение первых 200 фемтосекунд после возбуждения и оставались в этом состоянии на протяжении всего эксперимента длительностью 1,1 пикосекунды. Остальные 40% бромоформы подверглись прямой диссоциации.

Гесснер отметил, что было интересно увидеть именно ту конфигурацию, которую предсказывали для этого изомера.

Исследование важно для понимания фотохимии бромоформа и фотохимических реакций, вызванных ультрафиолетовым излучением. Последовательность химических путей влияет на конечные продукты реакции, — говорит Гесснер.

Контрольные измерения скорости образования изомера позволяют уточнить теории о реакциях и их продуктах. Исследование также показывает, что сверхбыстрая техника даёт чёткие ответы на вопросы о скорости образования и времени жизни изомеров. Это мощный инструмент, по словам Гесснера.

09.11.2024