اول مستقیم نگاه کنید که چگونه نور الکترون برانگیخته به لگد کردن یک واکنش شیمیایی

اولین گام در بسیاری از نور رانده واکنش های شیمیایی مانند آنهایی که قدرت فتوسنتز و دید انسان است یک تغییر در چیدمان یک مولکول الکترون ها به عنوان آنها را جذب نور و انرژی. این ظریف بازآرایی هموار راه را برای همه چیز است که به پیروی و تعیین می کند که چگونه درآمد حاصل از واکنش.

در حال حاضر دانشمندان دیده می شود این اولین گام به طور مستقیم برای اولین بار مشاهده چگونه مولکول الکترون ابر بالن قبل از هر یک از هستههای اتم در مولکول پاسخ دهند.

در حالی که این پاسخ پیش بینی شده است از لحاظ نظری و شناسایی غیر مستقیم این اولین بار است که از آن شده است به طور مستقیم تصویربرداری با اشعه ایکس در یک فرایند شناخته شده به عنوان مولکولی-فیلم ساخت که هدف نهایی این است که به رعایت چگونه هر دو الکترون ها و هسته های عمل در زمان واقعی زمانی که پیوندهای شیمیایی فرم و یا شکستن.

محققان از دانشگاه براون دانشگاه ادینبورگ و وزارت انرژی SLAC National Accelerator Laboratory گزارش یافته های خود را در طبیعت ارتباطات امروز است.

"در گذشته مولکولی, فیلم, ما شده اند قادر به ببینید که چگونه هسته های اتمی حرکت می کند در طی یک واکنش شیمیایی گفت:" پیتر وبر یک استاد شیمی در قهوه ای و نویسنده ارشد این گزارش. "اما پیوند شیمیایی خود را که ناشی از توزیع مجدد الکترون ها مخفی شد. در حال حاضر باز است و به مشاهده پیوندهای شیمیایی تغییر در واکنش های."

یک مدل مهم بیولوژیکی واکنش

این آخرین در یک سری از مولکولی, فیلم, بازیگران, 1,3-cyclohexadiene یا CHD یک حلقه به شکل مولکول های مشتق شده از روغن کاج. در یک فشار کم گاز آن مولکول های شناور آزادانه و آسان به مطالعه و آن را به عنوان مهم, مدل, برای پیچیده تر واکنش های بیولوژیکی مانند است که تولید ویتامین D هنگامی که نور خورشید بازدید پوست خود را.

در مطالعات رفتن تقریبا 20 سال دانشمندان مورد مطالعه چگونه CHD را حلقه می شکند از هم جدا هنگامی که نور از آن بازدید - برای اولین بار با تکنیک های پراش الکترون و اخیرا با SLAC را "الکترون دوربین" MeV-UED و X-ray ليزر الکترون آزاد با Linac منسجم منبع نور (LCLS). این و دیگر مطالعات در سراسر جهان نشان داده اند که چگونه درآمد حاصل از واکنش در ظریف و جزئیات ظریف.

چهار سال پیش محققان از قهوه ای, SLAC و ادینبورگ استفاده LCLS را مولکولی فیلم از CHD حلقه پرواز از هم جدا - اولین-همیشه مولکولی فیلم ضبط شده با استفاده از اشعه X. این دستاورد ذکر شده بود به عنوان یکی از 75 مهم ترین پیشرفت های علمی به ظهور از سازمان حفاظت محیط زیست آزمایشگاه ملی در کنار اکتشافات مانند رمز گشایی از DNA و تشخیص نوترينو.

اما هیچ یک از کسانی که آزمایش های قبلی قادر به مشاهده اولیه الکترون-برروی آن بکشید چرا که هیچ راهی برای آزار دادن آن به غیر از بسیار بزرگتر جنبش مولکول و هسته های اتمی.

الکترون ها در کانون توجه

برای این مطالعه تجربی تیم به رهبری توسط وبر در زمان روش کمی متفاوت است: آنها ضربه نمونه CHD گاز با یک طول موج از نور لیزر که هیجان زده مولکول به حالت زندگی می کند که برای مدت زمانی نسبتا طولانی از زمان - 200 femtoseconds یا میلیونیم یک میلیاردم از یک دوم تا الکترونیکی خود را ساختار می تواند جستوجو کرد با LCLS X-ray لیزر پالس.

"X-ray پراکندگی استفاده شده است به منظور تعيين ساختار ماده برای بیش از 100 سال گفت:" آدم Kirrander مدرس ارشد در ادینبورگ و ارشد همکاری نویسنده از مطالعه "اما این اولین بار است که این ساختار الکترونی یک حالت هیجان زده شده است به طور مستقیم مشاهده شده است."

روش مورد استفاده به نام غیر رزونانس X-ray scattering اقدامات آرایش الکترون ها در یک نمونه و این تیم امیدوار به گرفتن تغییرات در توزیع الکترون به مولکول جذب نور است. خود را اندازه گیری مته سوراخ کردن است که انتظار: در حالی که سیگنال از الکترون ضعیف بود محققان قادر به روشنی ضبط چگونه الکترون ابر تغییر شکل به یک بزرگتر بیشتر منتشر ابر مربوط به یک هیجان زده الکترونیکی دولت است.

آن حیاتی بود برای مشاهده این الکترونیکی تغییرات قبل از هسته شروع به حرکت.

"در یک واکنش شیمیایی هسته اتمی حرکت می کند و آن را دشوار است به رها کردن است که سیگنال از بخش های دیگر که متعلق به پیوندهای شیمیایی تشکیل و یا شکستن" گفت: Haiwang Yong یک دانشجوی دکترا در دانشگاه براون و نویسنده سرب از گزارش. "در این مطالعه تغییر در مواضع هسته های اتمی است نسبتا کوچک که زمانبندی بنابراین ما قادر به دیدن حرکت الکترون ها از سمت راست پس از مولکول جذب نور است."

SLAC ارشد دانشمند مایکل Minitti افزود: "ما در حال تصویربرداری این الکترون ها حرکت می کنند و تغییر در اطراف. این هموار راه را برای تماشای حرکت الکترون در اطراف باند شکستن و پیوند شکل گیری به طور مستقیم و در زمان واقعی; در آن حس آن را شبیه به عکاسی است."

###

نیکولا Zotev یک دانشجوی دکترا در Kirrander آزمایشگاه در دانشگاه ادینبورگ, نقش برجسته محاسباتی و مدل سازی کار برای مطالعه است. LCLS است سازمان حفاظت محیط زیست از علوم کاربر تسهیلات و عمده بودجه برای این پژوهش از دفتر علم و کارنگی اعتماد برای دانشگاههای اسکاتلند.

استناد: Haiwang یونگ et al., ارتباطات طبیعت, 1 مارس سال 2020 (10.1038/s41467-020-15680-4)

SLAC پر جنب و جوش multiprogram آزمایشگاهی است که به بررسی چگونه کار می کند جهان در بزرگترین, کوچکترین و سریع ترین مقیاس و اختراع ابزارهای قدرتمند مورد استفاده توسط دانشمندان در سراسر جهان است. با تحقیقات پوشا فیزیک ذرات فیزیک نجومی و کیهان شناسی, مواد, شیمی زیستی و انرژی دانشگاه علوم و محاسبات علمی ما کمک به حل واقعی مشکلات جهان و پیشبرد منافع این کشور است.

SLAC است که توسط دانشگاه استنفورد برای وزارت انرژی را از علم است. از علم است بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و کار به آدرس برخی از مبرم ترین چالش های زمان ما.

سلب مسئولیت: AAAS و EurekAlert! مسئول صحت اخبار منتشر شده به EurekAlert! با کمک موسسات و یا برای استفاده از هر گونه اطلاعات از طریق EurekAlert سیستم.