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1999年诺贝尔化学奖——飞秒化学
李智豪
2015级化学伯苓班 1510722
摘 要 飞秒即10-15秒(fs) , 这个时标与分子中的电子或质子的运动速率大致相对应。一般的化学反应(热化学) 过程大约在10-6 秒(Ms)的量级, 特快反应也不过在毫秒(ms)的量级;大分子(液态)的转动与平移运动的速率也只需要用到微秒(Ls)时间分辨技术;所以跟踪这类化学反应或分子运动过程一般不需要利用皮秒(ps)或飞秒(fs)量级的时间分辨技术,可就是要检测到反应过程中某些寿命极短的中间体,特别就是在电子转移或质子转移初期所形成的过渡态或中间体,并获得有关它们的结构与能量状态方面的确切信息,就必需采用与其相对应的皮秒或飞秒时间分辨技术。
飞秒激光的出现使人类第一次在原子与电子的层面上观察到这一超快运动过程。基于这些科学上的发现,飞秒激光在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯等领域中得到了广泛应用。
关键字:飞秒化学 Zewail 诺贝尔化学奖
一路走来——关于动力学研究的诺奖历史
化学反应的动力学研究一直都就是一个化学领域至关重要的部分它对揭示化学反应本质、指导科学家的研究有重大意义,因此百余年来诺贝尔奖多次青睐于动力学研究,一下就是沿时间线索对这些奖项进行简要介绍:
1901 范特霍夫
致辞:“发现了化学动力学法则与溶液渗透压”
1884年她发表了《化学动力学研究》论文,其中包含化学热力学的原理。她推导出反应速率的公式,从而可以测定反应的级数,从此动力学研究拉开了帷幕。[1]
1956 欣谢尔伍德爵士与谢苗诺夫
致辞:“对化学反应机理的研究”
欣谢尔伍德爵士与谢苗诺夫独立地对链式反应机理进行了研究,从而揭示了爆炸与燃烧的机理以及其区别。
传统的化学,只注重反应物与产物的研究,对于反应物如何转变成产物,转变的复杂机制与过程则很少注意。谢苗诺夫系统地研究了链反应机理,她认为,化学反应有着极为复杂的过程,在反应过程中有可能形成多种“中间产物”。在链式反应中,这种“中间产物”就就是“自由基”,“自由基”的数量与活性决定着反应的方向、历程与形式。链反应不仅有简单的直链反应,还会形成复杂的“分支”,所以,谢苗诸夫还提出了“分支链式”反应的新概念。谢苗诺夫指出,链式反应有着普遍的意义与广泛的实用价值。在理论上,谢苗诺夫广泛地研究了各种类型的链式反应,提出了链式反应的普遍模式,她还试图用这种反应机理解释新发现的化学振荡现象。链式反应的发现,标志着理论化学的研究进入到一个新的阶段。[2]
1967 艾根、诺里什与波特
致辞:“利用很短的能量脉冲对反应平衡进行扰动的方法,对高速化学反应的研究”
艾根、诺里什与波特的主要贡献就是发展了研究溶液中半寿期在毫秒以下的极快反应动力学的温度跳跃法。此法的原理就是给予平衡的样品体系一个高速的、突然的温度脉冲,使体系稍微偏离平衡,然后利用电导、光谱等手段监测体系的弛豫时间,从而得到体系中化学反应的速率常数。用这种方法,经不断改进,能对在10秒内完成的极快反应进行观测与研究。将
“快”反应的观念一下提高了4～5个数量级。[3]
1986 李远哲、波拉尼与赫施巴赫
致辞:“对研究化学基元反应的动力学过程的贡献”
在气体或液体中,分子运动的速度与方向主要就是随机的。因此,分子之间的碰撞及能量就是不明