Среда, 21 февраля, 2024
ДомойФизикаУченые успешно производят медленные электроны в растворе

Ученые успешно производят медленные электроны в растворе

- Advertisement -

Здесь два электрона на короткое время объединяются в виде диэлектрона (красный), окруженного молекулами растворителя. Диэлектрон не может быть локализован более точно. Один из электронов впоследствии покинет эту область. Предоставлено: Hartweg S et al. Наука 2023

Международной группе ученых удалось получить в растворе медленные электроны. Эти электроны потенциально могут повысить эффективность некоторых химических реакций в будущем.

Первоначальной целью этой многонациональной исследовательской группы было обнаружение загадочного химического объекта: диэлектрона в растворе. Диэлектрон состоит из двух электронов, но в отличие от атом, у него нет ядра. До сих пор ученым не удавалось напрямую обнаружить такой объект.

Пока исследователи под руководством профессора ETH Zurich Рут Синьорелл экспериментировали с диэлектронами, они случайно обнаружили новый процесс получения медленных электронов. Их можно использовать для инициирования определенных химических реакций.

Диэлектроны нестабильны. Они снова распадаются на два электрона менее чем за одну триллионную долю секунды. Как удалось показать исследователям, один из этих электронов остается на месте, а другой, обладающий низкой энергией и поэтому относительно медленный, удаляется. Что особенного в новом методе, так это то, что он позволяет исследователям контролировать кинетическую энергию этого электрона и, следовательно, его скорость.

Диэлектроны занимают полости

Но обо всем по порядку: чтобы получить диэлектроны, исследователи растворили натрий в (жидком) аммиаке и подвергли этот раствор воздействию УФ-излучения. Это воздействие заставляет электрон молекулы аммиака присоединяться к электрону атома натрия и, таким образом, образовывать диэлектрон. Диэлектрон на короткое время занимает крошечную полость в растворе. Исследователям удалось показать, что при распаде диэлектрона один из электронов удаляется со скоростью, определяемой длиной волны используемого УФ-света. «Некоторая часть энергии УФ-излучения была передана электрону», — говорит Синьорелл.

Исследователи ETH Zurich выполнили эту работу в сотрудничестве с исследователями из Фрайбургского университета в Германии, синхротрона SOLEIL во Франции и Обернского университета в США.

Изучение реакций и радиационного поражения

Такие электроны с малой кинетической энергией интересны по целому ряду причин. Во-первых, медленные электроны вызывают радиационное повреждение тканей человека. Подвижные электроны могут образовываться в этой ткани, например, в результате рентгеновских лучей или радиоактивности. Затем они могут присоединяться к ДНК молекулы и запускают химические реакции. Более легкое производство таких медленных электронов в лаборатории поможет исследователям лучше изучить механизмы, которые приводят к радиационному повреждению.

Но человеческое тело — не единственное место, где химические реакции вызываются соединением, принимающим свободный электрон. Производство синтетического кортизона и других стероидов — лишь один пример.

Возможность использовать УФ-свет как относительно простое средство получения медленных электронов непосредственно в растворе, а также контролировать энергию электрона облегчит изучение этих реакций в будущем. Химики даже могут оптимизировать реакции, например, используя ультрафиолетовый свет для увеличения кинетической энергии электронов.

Ссылка: «Сольватированные диэлектроны в результате оптического возбуждения: эффективный источник низкоэнергетических электронов» Себастьяна Хартвега, Джонатана Барнса, Брюса Л. Йодера, Густаво А. Гарсии, Лорана Нахона, Эвангелоса Милиордоса и Рут Синьорелл, 25 мая 2023 г., Наука.
DOI: 10.1126/science.adh0184

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме