Николай Аблесимов Грандмастер

Фемтохимия – это что-то новое?

Фемтохимия — раздел химической кинетики. За работы в этой области А. Зивэйл получил Нобелевскую премию по химии 1999 г.: «за исследования химических реакций в реальном масштабе времени с помощью фемтосекундной спектроскопии».

Collpicto, Shutterstock.com

Главный результат работ состоит в том, что появилась возможность наблюдать за протеканием элементарных химических реакций в реальном масштабе времени и тем самым создан новый раздел химии — фемтохимия, который изучает химические процессы в фемтосекундном временном диапазоне (10-15-10-12 секунды).

Время в химию вводит химическая кинетика — наука о скоростях химических процессов. Эта наука универсальна, она пригодна для описания всех химических реакций — от образования руд в геохимических процессах с длительностью многих миллионов лет до взрыва, происходящего за миллионные доли секунды. Химическая кинетика вошла во все разделы химии; она поднялась на уровень общехимической науки, стала химической культурой, составной частью химического мышления.

Изучением элементарных реакций занимается специальный раздел химии — химическая динамика. Основная задача химической динамики — определить структуру переходного состояния и проследить динамику его образования и распада в реальном времени. Фемтохимия начала с двухатомных молекул и постепенно расширяется в сторону всё более крупных молекул, включая белки и ДНК.

Наука, исследующая временное поведение реагирующей системы на перевале и его окрестностях, названа химической динамикой. В отличие от химической кинетики, которая измеряет время между химическими событиями, её наследник — химическая динамика — измеряет время самого события, следит за движением атомов в момент преобразования реагентов в продукты. И если химическая реакция — сердце всей химии, то химическая динамика есть кардиограмма этого сердца.

Освоение лазеров раздвинуло горизонты химии и обеспечило прорыв в изучении кинетики элементарных химических взаимодействий (10-14-10-13 с). Эти времена гораздо меньше периода колебаний атомов в молекулах (10-13-10-11 с). Благодаря такому соотношению времен фемтохимия видит саму химическую реакцию — как перемещаются во времени и в пространстве атомы, когда молекулы-реагенты преобразуются в молекулы продуктов. Это крупное достижение современной химии: оно открыло прямые пути исследования механизмов химических реакций, а значит пути управления реакциями.

Успехи, достигнутые при использовании фемтосекундных импульсов, привели к открытию другой науки — фемтобиологии. Особенности фемтосекундных импульсов позволяют: обеспечивать высокое временное разрешение, образовывать когерентные колебательно-вращательные волновые пакеты, легко осуществлять многофотонные процессы поглощения, воздействовать на поверхность потенциальной энергии. Основные направления этой новой области исследований — это изучение детальных микроскопических химических процессов и управление ими на фемтосекундной шкале времени.

В Институте химической физики РАН фемтохимией занимается проф. О. М. Саркисов. Можно почитать: Саркисов О. М., Уманский С. Я. Фемтохимия // Успехи химии. — 2001. — Т. 70. — № 6. — С. 515−538; Бучаченко А. Л. Время в химии // Соросовский образовательный журнал. — 2001. — № 8. — С. 25−29

Обновлено 21.08.2012
Статья размещена на сайте 14.08.2012

Комментарии (0):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети: