飞秒化学.docx

飞秒化学是物理化学的一支,研究在极小的时间内化学反应的过程和机理。这一领域涉及的时间间隔短至约千万亿分之一秒,即1飞秒,这也就是名称的来源。飞秒(femtosecond)也叫毫微微秒,简称fs,是标衡时间长短的一种计量单位。1飞秒只有1秒的一千万亿分之一,即1e−(1皮秒是,1e−12秒)。即使是每秒飞行30万千米的光速,在一飞秒内,,不到一根头发丝的百分之一。。
1999年,自然科学的桂冠诺贝尔化学奖授给了埃及出生的科学家艾哈迈德·泽维尔(Ahmed ),以表彰他应用超短激光(飞秒激光)闪光成相技术观测到分子中的原子在化学反应中如何运动,从而有助于人们理解和预期重要的化学反应,为整个化学及其相关科学带来了一场革命。这是在这一领域的开创性的研究。泽维尔运用飞秒激光光束拍摄下反应过程中的变化及生成的中间体。
现在,运用飞秒化学技术可以观察到,反应过程中生成的中间产物与起始物和最终产物都不同。可以预见,运用飞秒化学,化学反应将会更为可控,新的分子将会更容易制造。
飞秒科学技术的发展已有近20年历史,80年代末泽维尔教授做了一系列试验,他用可能是世界上速度最快的激光闪光照相机拍摄到一百万亿分之一秒瞬间处于化学反应中的原子的化学键断裂和新形成的过程。这种照相机用激光以几十万亿分之一秒的速度闪光,可以拍摄到反应中一次原子振荡的图像。他创立的这种物理化学被称为飞秒化学,飞秒即毫微微秒(是一秒的千万亿分之一),即用高速照相机拍摄化学反应过程中的分子,记录其在反应状态下的图像,以研究化学反应。常规状态下,人们是看不见原子和分子的化学反应过程的,现在则可以通过泽维尔教授在80年代末开创的飞秒化学技术研究单个原子的运动过程。
泽维尔的实验使用了超短激光技术,即飞秒光学技术。犹如电视节目通过慢动作来观看足球赛精彩镜头那样,他的研究成果可以让人们通过“慢动作”观察处于化学反应过程中的原子与分子的转变状态,从根本上改变了我们对化学反应过程的认识。泽维尔通过“对基础化学反应的先驱性研究”,使人类得以研究和预测重要的化学反应,泽维尔因而给化学以及相关科学领域带来了一场革命。
泽韦尔小组是在实际的化学反应过程中,用高速照相机尽可能地给正好处于反应过渡态的分子摄像,所用的照相速度是达到几十飞秒的闪光新技术——飞秒激光,其快的程度就像以铁钉生锈为基准的炸药爆炸速度。一般来说,反应分子中的原子完成一次振动的时间间隔为10至100fs。化学反应就在这样的时间分辨、像荡秋千一样的过渡态平衡中发生了。
首次成功是发现了从反应物到生成物过程中中间体(Intermediates)的存在。为了理解反应过程中机理,从相对稳定的分子或分子碎片(中间体)开始,不断缩短脉冲照相的时间间隔,捕捉过渡态中的分子或分子碎片,使反应连续起来。
→,整个反应在200fs内完成,在I-C键即将断裂的时候,泽韦尔小组能够准确地观察到过渡态。
另一个重要实验是Nal→Na十I。在一个真空室中,原始分子以分子束(beams of molecules)的混合形式存在,用强的激活脉冲(Powerful PumP Pulse) 的基态离子对Na+I-处于呈现共价键特征的激化状态[Nal]*(其性质随分