OBSAH Úvod: o Volné klastry - nanočástice o Motivace: létající nanolaboratoře. Experiment: Příklady:

Podobné dokumenty
Přednášky, cvičení a ukázky měření pro posluchače projektu TEAM CMV z Univerzity Pardubice

Skupenské stavy. Kapalina Částečně neuspořádané Volný pohyb částic nebo skupin částic Částice blíže u sebe

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Opakování

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Plynové lasery. Plynové lasery většinou pracují v kontinuálním režimu.

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE


Od kvantové mechaniky k chemii

02 Nevazebné interakce

Plyn. 11 plynných prvků. Vzácné plyny He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Diatomické plynné prvky H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. VII. Spektroskopie a fotochemie

Nekovalentní interakce

Nekovalentní interakce

Úvod do fyziky plazmatu

jádro a elektronový obal jádro nukleony obal elektrony, pro chemii významné valenční elektrony

Překryv orbitalů. Vznik vazby překryvem orbitalů na dvou různých atomech A, B Obsazeno dvojicí elektronů Ψ = Ψ A Ψ Β

Elektromagnetické záření. lineárně polarizované záření. Cirkulárně polarizované záření

VIBRAČNÍ SPEKTROMETRIE

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Náboj a hmotnost elektronu

Fyzika IV Dynamika jader v molekulách

Chemie. Mgr. Petra Drápelová Mgr. Jaroslava Vrbková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Metody povrchové analýzy založené na detekci iontů. Pavel Matějka

13. Spektroskopie základní pojmy

Tematické okruhy pro státní závěrečné zkoušky v navazujícím magisterském studiu na Fakultě chemicko-inženýrské v akademickém roce 2015/2016

ANALÝZA FRAGMENTAČNÍCH KANÁLŮ IONIZOVANÝCH KLASTRŮ Rg N ; N>4, rozvoj programu Mdisreader

Optické spektroskopie 1 LS 2014/15

Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv

INTERAKCE IONTŮ S POVRCHY II.

ZAHRADA REAKTORECH: HYDRIDY VZÁCNÝCH PLYNŮ. PETR SLAVÍČEK a,b, MILAN ONČÁK a,b, VIKTORIYA POTERYA b a MICHAL FÁRNÍK b. Obsah

Interakce laserového impulsu s plazmatem v souvislosti s inerciální fúzí zapálenou rázovou vlnou

Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Rozměr a složení atomových jader

HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE - kvalitativní i kvantitativní detekce v GC a LC - pyrolýzní hmotnostní spektrometrie - analýza polutantů v životním

Mgr. Jakub Janíček VY_32_INOVACE_Ch1r0118

Molekulární krystal vazebné poměry. Bohumil Kratochvíl

Hmotnostní spektrometrie. Historie MS. Schéma MS

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

METODY ANALÝZY POVRCHŮ

Kmity a rotace molekul

2. Fotosensitizované reakce a jejich mechanismus. 5. Samoorganizované porfyrinové nanostruktury a jednoduché aplikace

Metody nelineární optiky v Ramanově spektroskopii

L A S E R. Krize klasické fyziky na přelomu 19. a 20. století, vznik kvantových představ o interakci optického záření s látkami.

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Plynové lasery pro průmyslové využití

ZŠ ÚnO, Bratří Čapků 1332

Pozitron teoretická předpověď

Úvod do spektroskopických metod. Ondřej Votava

Chemie životního prostředí III Atmosféra (04) Síra v atmosféře

Vybrané spektroskopické metody

Za hranice současné fyziky

Mezimolekulové interakce

Acidobazické děje - maturitní otázka z chemie

Počet atomů a molekul v monomolekulární vrstvě

Plazmové metody. Co je to plazma? Jak se uplatňuj. ují plazmové metody v technice?

2.3 CHEMICKÁ VAZBA. Molekula bílého fosforu P 4 a kyseliny sírové H 2 SO 4. Předpona piko p je dílčí jednotkou a udává velikost m.

Absorpční fotometrie

Chemická vazba. Molekula vodíku. Elektronová teorie. Oktetové pravidlo (Kossel, Lewis, 1916) Pevnost vazby vazebná energie.

Charakterizace koloidních disperzí. Pavel Matějka

Gymnázium, Milevsko, Masarykova 183 Školní vzdělávací program (ŠVP) pro vyšší stupeň osmiletého studia a čtyřleté studium 4.

Mezimolekulové interakce

Fyzikální podstata DPZ

Fyzikální chemie Úvod do studia, základní pojmy

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

- Rayleighův rozptyl turbidimetrie, nefelometrie - Ramanův rozptyl. - fluorescence - fosforescence

Lasery. Biofyzikální ústav LF MU. Projekt FRVŠ 911/2013

Náboj a hmotnost elektronu

ANODA KATODA elektrolyt:

Plazmové metody. Základní vlastnosti a parametry plazmatu

Geochemie endogenních procesů 1. část

OPVK CZ.1.07/2.2.00/

Zdroje optického záření

Relativistická dynamika

Jádro se skládá z kladně nabitých protonů a neutrálních neutronů -> nukleony

Hmotnostní spektrometrie

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

Radiační odstraňování vybraných kontaminantů z podzemních a odpadních vod

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

SPEKTRÁLNÍ METODY. Ing. David MILDE, Ph.D. Katedra analytické chemie Tel.: ; (c) David MILDE,

DZDDPZ1 - Fyzikální základy DPZ (opakování) Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

Diagnostika plazmatu. Rychlé zopakování. Optická emisní spektroskopie + odvozené metody. Hmotnostní spektroskopie. Možné aplikace

Přednáška 4. Úvod do fyziky plazmatu : základní charakteristiky plazmatu, plazma v elektrickém vf plazma. Doutnavý výboj : oblasti výboje

Hmotnostní spektrometrie - Mass Spectrometry (MS)

Chemická kinetika. Chemická kinetika studuje Rychlost chemických reakcí Mechanismus reakcí (reakční kroky)

CHEMIE OVZDUŠÍ Přednáška č. 8

Kapitoly z fyzikální chemie KFC/KFCH. I. Základní pojmy FCH a kinetická teorie plynů

Plazmová depozice tenkých vrstev oxidu zinečnatého

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

Atmosféra, znečištění vzduchu, hašení

Fyzikální chemie. ochrana životního prostředí analytická chemie chemická technologie denní. Platnost: od do

Přednáška IX: Elektronová spektroskopie II.

CHEMICKÉ VÝPOČTY I. ČÁST LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. HMOTNOSTI ATOMŮ A MOLEKUL.

MODERNÍ METODY CHEMICKÉ FYZIKY I lasery a jejich použití v chemické fyzice Přednáška 5

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

LABORATOŘ OBORU I ÚSTAV ORGANICKÉ TECHNOLOGIE (111) Použití GC-MS spektrometrie

Katalýza na nanostrukturách edí

Transkript:

Michal Fárník, Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i. Makro Nano Molekula (sub-nano) Chemie Fyzika OBSAH Úvod: o Volné klastry - nanočástice o Motivace: létající nanolaboratoře Experiment: o Aparatura, Molekulové paprsky o Fotodisociace molekul klastry Příklady: o Halogenvodíky HX(H 2 O) n atmosférická chemie, ozonová díra o Klastry molekul pyrolu bio o Molekuly vzácných plynů

Co to jsou klastry? Soubory částic: atomů/molekul Vazby mezi částicemi Energie λ[nm] molekuly: chemické (kovalentní) vazby 5 ev 250 UV klastry: slabé mezimolekulové interakce (van der Waalsovské interakce Ar-Ar, vodíkové můstky) 0.1 ev 10000 IR Co to jsou nanočástice? nano = 10-9 ;rozměr molekuly ~1 Å = 10-10 m nanočástice = klastry 10-10 000 molekul Proč klastry studujeme? Motivace I Klastry molekula M M n, n = 2,, 10 3, vlastnost molekuly f(n) makroskopický materiál vlastnost materiálu

Motivace II unikátní vlastnosti klastrů molekuly, kondenzovaný stav Např. chlazení volných klastrů ve vakuu odpařováním částic z povrchu T body 37 o C 310 K T He-droplet 0.37 K Spektroskopie molekul v heliových nanokapičkách: létající nanolaboratoře Fotolýza molekul v prostřed edí látky Potenciální energie foton HX* λ(uv) HX Molekula + Solvent únik fragmentu opožděný únik záchyt Změna PES Chemická reakce R X-H Klastry: měření veličin v makroskopické látce nepřístupných, např. E kin vlastnosti = ƒ(n) konečný počet molekul teoretické výpočty

Experiment OKII Θ velocity selector PR chopper WM TOF 193 nm UV laser 243 nm QMS e - OKI StK SelK ToFK DetK omolekulové paprsky: rychlostní poměr, úhlové rozdělení ovýběr velikostí neutrálních klastrů: elastický rozptyl ofotodisociace: ArF/F 2 193 nm; Nd:YAG-Dye-WEX: 243 nm (2+1)REMPI H(2s) owm TOF: kinetická energie H + : Kinetic Energy Distribution - KED oqms: hmotnostní spektrometrie SelK ToFK OKI StK OKII DetK UV laser

Motivace III Astrochemie, chemie atmosféry: nukleace v mracích, heterogení reakce v PSC ozonová díra Proč je ozon důležitý? Absorbuje UV záření ze slunce... Ozonovou díru způsobuje znečistění ovzduší freony... Proč se tvoří ozonová díra nad Antarktidou? hypotéza: Proč se tvoří ozonová díra nad Antarktidou UV hν 230 nm Sun HCl, ClONO 2, etc. HCl + ClONO 2 Cl 2 + HNO 3 Cl 2, HOCl, etc. photolysis CFC e.g. CFCl 3 reservoir species photolysis Polar Stratospheric Clouds active species Cl Cl + CH 4 HCl + CH 3 ClO + NO 2 ClONO 2 Cl + O 3 ClO + O 2 ClO + O Cl + O 2 O 3 depletion Heterogení chemie na částečkách ledu v polárních stratosférických mracích (PSC) Stratosféra suchá PSC pouze v oblastech s extréměnízkými teplotami póly

Polární stratosférické mraky Acidická disociace HCl HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - 1 kg HCl H + + Cl - Energie 10.7 kwh Společenské chování molekul (Molekulární sociologie): H 2 O jako molekulový Don Juan kovalentní kontaktní iontový pár migrace protonu zwitterionická HCl (H 2 O) n H + Cl - Cl - (H 2 O) n-1 H 3 O + Silná vodíková vazba iontu a solventu

Příklad I: Fotolýza halogenvodíků na ledových nanočástic sticíchch Jsou molekuly HCl na ledových částicích v PSC acidicky disociovány? Experiment v naší laboratoři: laserová fotolýza HCl na H 2 O klastrech UV H+ H Cl - Příklad II: Fotolýza biomolekul v prostřed edí klastrů Vodíkový můstek: most z laboratoře k životu H (+) (-) Donor Akceptor Fyzika Chemie Biologie: led - - DNA

DNA molekula Fotolýza biomolekul v klastrech Pyrrole C 4 H 5 N: nejjednodušší biomolekula UV-Chromofor v biomolekulách (porfyriny) množství studií v plynné fázi Fotochemie v přírodě: prostředí klastry Dimery: Pyrrol N-H π vazba Imidazol H-vazba Pyrazol H-dvojná vazba

Příklad III: Nové molekuly inertních plynů Chemie inertních atomů Hydridy H-Rg-X Rg= Xe, Kr, (Ar); X= elektronegativní skupina (Cl, Br, I, CCH, C 6 H 5 ) Vznik fotodisociací v maticích vzácných plynů Rg n klastry= létající nanomatice (nanoreaktory) hν Shrnutí o o Volné klastry - nanočástice Experiment: Fotodisociace molekul klastry Příklady o HX(H 2 O) n atmosférická chemie, ozonová díra o Klastry bio-molekul o Molekuly vzácných plynů

Laborato boratoř lasero serové fotochemie v molekulových paprscích ch (http:://www.jh-inst.cas.cz/~farnik) Volná místa pro studenty: BSc, MSc, PhD Max-Planck Institut für Dynamik und Selbstorganisation Göttingen, Germany Udo Buck Poděkov kování: J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry Viktoriya Poterya Ondřej Votava Václav Profant Petr Slavíček, Milan Ončák (VŠCHT, Prague) Experiment WM TOF 193 nm UV laser 243 nm Xe omolekulové paprsky: rychlostní poměr, úhlové rozdělení ofotodisociace: ArF/F 2 193 nm; Nd:YAG-Dye-WEX: 243 nm (2+1)REMPI H(2s) owm TOF: kinetická energie H + : Kinetic Energy Distribution - KED

UV-Laser System 193 nm: ArF/F 2 -Excimer laser Wavelength region: 217 nm 432 nm 243 nm: 1.8 mj/pulse, 5ns, 10 Hz ω 0 14 mm 0.4 10 11 W/cm 2 (2+1) REMPI: H(1s) (2s) H + Wavelength Extender SHG- Second Harmonic Generation SFM- Sum Frequency Mixing WEX 243 nm SFM Nd:YAG Laser 1064 nm Dye Laser KD*P 315 nm SHG KDP 532 nm T C 1 G T C 2 T SHG KD*P 630 nm Jak klastry vytváříme? Expanze molekul do vakua: (λ << d ) srážky urychlení ve směru expanze zpomalení (chlazení) ve směru kolmém zúžení rozdělení rychlostí Supersonic Expansion: c= (5kT/M) v Ar = 560 m/s S~ c/ c 10-100 S Ar = 20 Maxwell-Boltzmann: c= (3kT/M) v Ar = 380 m/s Supersonická expanze: Mach M=c/a» 1, a = (γkt/m) γ=c p /c V chlazení rotační (vibrační) energie molekul tvorba klastrů

Photodisociace ce molekul uly v WM TOF HBr molecule H+Br laser polarization E µ 0 HBr on Ar n 1) přímý únik Ar H Br 2) zpožděný únik 2) 3) záchyt Teorie: modelové povrchy ledu Povrch ledu a ledových nanočástic Buch JPCA 106(2002)9374, Voegele Angew. Chem. 42(2003)2114 Experimenty: teplotně kontrolovaná desorbce, X-paprsková aborbční spektroskopie, FTIR spektroskopie, reaktivní rozptyl Cs + disociace závisí na teplotě ~80-120 K Kang et al. JACS 122(2000)9842 Jak vypadá molekula HX na volné nanočástici ledu?

HBr na nanočástic sticích ch ledu HBr (H 2 O) n, n 500 acidická disociace: Br - H 3 O + H signál HBr kovalentně vázaná H signál H přítomnost HBr na (H 2 O) n Ne zhbrani zh 2 O Hydronium H 3 O HBr + H 2 O Br + H 3 O Poměr H v H 3 O : DH 2 O : D 2 HO = 3 : 2 : 1 Signal intensity: 3 : 2.1 : 1.0 Mechanismus: H-fragment detected Br O Br O (H 2 O) n (H 2 O) n S 1 S 1 photoexcitation hν (193 nm) S k Br O photoexcitation hν (193 nm) (H 2 O) n S 0 Br O (H 2 O) n acidic dissociation S 0 Br - + O (JCP 126(07)071101) (H 2 O) n