Kimyasal tepkimeleri izlemek üzere pikosaniyede çalışan su ısıtıcısı

Bir saniyenin trilyonda birinden daha kısa sürede suyu kaynatmak için bir yöntem, Alman araştırmacılar tarafından bulundu. Hâlâ teorik düzeyde olan bu yaklaşım, yoğun bir terahertz radyasyon atımı kullanarak küçük bir su örneğini 600 derece civarına getiriyor. Bu teknik, kesin sürelerde ısıl olarak aktifleşen tepkimeleri başlatma olanağı tanıyor ve bu tepkimeler daha iyi takip edilebiliyor ve anlaşılabiliyor.

Çalışmada, Oriol Vendrell ve DESY Serbest Elektron Laser Bilimi Merkezi’ndeki arkadaşları moleküler dinamik yazılımı kullanarak suyun terahertz radyasyondaki etkisini benzetimle tahmin ettiler – bahsedilen radyasyonun frekansı kızılötesi ve mikrodalga arasında bulunuyor.

Bu radyasyon serbest elektronlu bir laser ile oluşturulabiliyor, burada elektronlar ışık hızına yakın bir hıza getiriliyor ve değişken kutupluluğa (polarite) sahip bir seri mıknatıstan geçerken foton yayıyor.

Ekibin benzetim çalışmalarına göre terahertz atımlarının nasıl su moleküllerini kutuplaştıran kuvvetli elektrik alanları oluşturduğu görülüyor; hidrojen bağlarının kuvvetleri değişiyor ve tekil moleküller derhal hareketleniyor. Böylece Vendrell’in “anlık olarak sıcak ve yapısız bir çevre” olarak tanımladığı bir ortam oluşuyor.

Vendrell’in süper-hızlı kaynatma yöntemi bir sürede yalnızca bir nanolitrelik su örneğini ısıtmaya yetiyor ve oluşan sıcak molekül bulutu yalnızca bir milisaniyeden daha düşük bir sürede varlığını sürdürebiliyor. Bu miktarın küçüklüğü hayal kırıklığı yaratmamalı, çünkü ısıl tepkimeleri inceleyen oldukça fazla deney için bu miktar yeterli durumda.

Örnek olarak ümit verici bir uygulama, x-ışını demetleri ile terahertz ısıtıcı ışın demetinin aynı anda çalıştırılabilme potansiyelinde yatıyor. Böylece araştırmacılar iyi tanımlanmış bir zaman geçtikten sonra devam eden bir tepkimenin işlemini gözlemeye olanak buluyor.

ABD’deki Stanford Üniversitesi’nde araştırmacı olarak çalışan Anders Nilsson, şöyle diyor: “Tabiat ve toplum için pek çok önemli kimyasal süreçler ısıl işlemler üzerinden gerçekleşiyor, buna karşılık kimyasal tepkimelerin neredeyse bütün aşırı hızlı başlatma çalışmaları optik uyartma işlemleri ile tetikleniyor”. Nilsson, bu çalışmada yer alan biri olmayarak bu yorumu yapıyor. Nilsson, “Burada, yazarlar molekül benzetimler üzerinden [terahertz] uyartımlar ısıl enerji ile erişilebilecek düşük enerjili titreşimlere etki ediyor ve suda hidrojen bağ kırılmasına yol açabiliyor. Maddeyi aşırı hızlı zaman ölçeklerinde incelemek üzere yeni x-ışını kaynaklarının geliştirilmesi ile, kimyanın önüne yepyeni ufuklar açılıyor” diyor.

İlk benzetimlerin sonunda, Vendrell ve arkadaşları yöntemi deneysel olarak incelemeye girişti. Ekip, suda çözünmüş küçük moleküller üzerine terahertz atımlarının etkilerini inceleyecek ve bağ kırılması gibi basit kimyasal işlemleri başlatmak üzere radyasyonun kullanılabilme potansiyelini araştıracak.

 

Kaynaklar

P K Mishra, O Vendrell and R Santra, Angew. Chem., Int. Ed., 2013, DOI: 10.1002/anie.201305991

http://www.rsc.org/chemistryworld/2013/12/picosecond-kettle-terahertz-probe-chemical-reactions

Kategoriler

+ Yorum bulunmuyor

Yorum yap