химический каталог




ЛАЗЕРНАЯ ХИМИЯ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

ЛАЗЕРНАЯ ХИМИЯ, изучает химический процессы, стимулируемые лазерным излучением, в которых решающую роль играют специфический свойства лазерного излучения. Так, высокая монохроматичность лазерного излучения позволяет селективно возбуждать молекулы одного вида, при этом молекулы др. видов остаются невозбужденными. При этом селективность возбуждения ограничена лишь степенью перекрывания полос в спектре поглощения вещества. Подбирая частоту возбуждения, удается не только осуществлять избират. активацию молекул, но и менять глубину проникновения излучения в зону реакции. Использование импульсов излучения малой длительности позволяет в принципе снять ограничение селективности, связанное с обменом энергией между различные молекулами или между различные химическими связями в одной молекуле. Большая интенсивность лазерного излучения дает возможность получать возбужденные молекулы или радикалы в высоких концентрациях. Наконец, возможность фокусировки лазерного излучения позволяет вводить энергию локально, в определенную область объема, занимаемого реагирующей смесью. Лазерное воздействие на химический реакции может быть тепловым и фотохимическим. При тепловом воздействии реагирующая смесь только нагревается, энергия распределяется равномерно по всем степеням свободы реагирующих молекул. Преимущество лазерного нагрева - возможность вводить энергию в нужное место реакционное объема и за очень короткое время, а также избегать нежелат. контакта реагентов с нагреваемой поверхностью реактора. Локальный нагрев реагентов при этом может достигать тысяч градусов, что крайне трудно при др. способах нагрева. Химическая реакция часто представляет собой нелинейный процесс, имеющий сложное пространственно-временное поведение и описываемый нелинейными дифференциальными уравениями с бифуркационными параметрами. Таким параметром может быть температура или параметр, характеризующий распределение тепла в реагирующем объеме. Воздействие лазерного излучения на реагирующую смесь вблизи точек бифуркации позволяет резко изменять режим теплового химический процесса при малых затратах лазерной энергии (см. Неравновесная химическая кинетика). Фотохимический воздействие лазерного излучения дает возможность достигать концентраций возбужденных молекул или радикалов, намного превышающих равновесное значение при данной температуре. Из-за большой интенсивности излучения осуществляется многоквантовое возбуждение, при котором в одном элементарном акте возбуждения поглощается одновременно несколько квантов излучения (см. Многофотонные процессы). Т. обр., можно получать молекулы в высоковозбужденных состояниях с помощью широко доступных лазеров видимого и ближнего УФ диапазонов и повысить избирательность возбуждения, т. к. в далеком УФ диапазоне полосы поглощения многие молекул сильно перекрываются. Hаиболее специфично фотохимический действие лазерного излучения в ИК области, поскольку создать в этой области длин волн источники некогерентного излучения, сравнимые по мощности с лазерами и позволяющие осуществлять фотолиз, практически невозможно. Под действием лазерного ИК излучения стимулирование химический процессов в газах происходит путем резонансного возбуждения колебательное степеней свободы молекул. Подбором условий (давление газа, интенсивность и частота лазерного излучения) удается достичь высокой сверхравновесной концентрации колебательно возбужденных молекул и осуществить их диссоциацию (фрагментацию). Достаточно коротким ([ 107 с) и интенсивным (/ 1074 109 Вт/см2) импульсом излучения при малом давлении (доли мм рт. ст.) оказывается возможным возбудить и фрагментировать молекулы за времена более короткие, чем время межмол. обмена энергией при их столкновениях. Важным является то, что при этом достигается высокая межмол. селективность. Достигаемая селективность активации может быть использована для лазерного изотопов разделения и получения особо чистых веществ. Предполагается, что с помощью лазерного ИК излучения окажется возможной и внутримолекулярная селективность активации молекул по заранее обусловленной химической связи (или группе связей). Препятствием на пути к этому является быстрый обмен энергией между различные типами колебаний, резко ускоряющийся при увеличении колебательное энергии. Фотохимический действие лазерного излучения в видимом и УФ диапазонах менее специфично, чем в ИК области, тем не менее благодаря большой интенсивности излучения оно используется для возбуждения молекул в высоколежащие электронные уровни энергии и ионизации, которая происходит в результате поглощения несколько фотонов в одном элементарном акте реакции. Это позволяет отказаться от использования коротковолнового излучения обычных источников, заменив его сравнительно длинноволновым лазерным излучением. Лазерное излучение используют для стимулирования реакций в твердых телах, в частности при создании больших интегральных схем в микроэлектронике. Соответствующие реакции может быть и чисто тепловыми, и фотохимическими. Решающий фактор - возможность острой фокусировки лазерного излучения и гибкого управления им. В биохимии лазеры применяют для воздействия на различные компоненты макромолекул, например на остатки аминокислот белков. Лазерное излучение также влияет на ферментативные реакции, коагуляцию крови, иммунную активность антител и др. процессы, в которых существенны процессы изменения конформации белковых макромолекул. Поскольку это требует меньшей энергии, чем энергия химической связи, такое воздействие возможно при сравнительно малых дозах лазерного облучения. Применение лазерного излучения в химии наиболее эффективно для процессов, связанных с получением дорогостоящих продуктов и изделий (разделение изотопов, создание интегральных схем для микроэлектроники, синтез особо чистых веществ и реактивов, потребляемых в небольших кол-вах). Использование лазеров в крупнотоннажных производствах, по-видимому, пойдет по пути инициирования технол. процессов, базирующихся на цепных реакциях. При длине цепи v каждый химически активный центральное созданный лазерным излучением, даст v молекул продукта. Тогда энергетич. стоимость продукта оказывается равной Qh- lv-l, где Q - затраты лазерной энергии на создание активной молекулы или радикала, h - кпд лазера. При большой длине цепи (~103—104) стоимость лазерной энергии перестает быть решающим фактором даже для крупнотоннажного производства.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
фурнитура для окон ретро
сиро отопительный прибор
москва анна каренина
шашки магнитные для такси

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(03.12.2016)