第12章-4-飞秒微观反应

12.5飞秒化学与微观化学反应12.5.1从微秒到飞秒级的化学反应12.5.2飞秒化学12.5.3微观化学反应12.5.4化学反应的三层次时间短暂时间慢长137万亿年人原子分子振动分子转动12.5.1从微秒到飞秒级的化学反应微秒微观世界尺寸变小质量变大飞秒级运动微秒级运动从微秒到飞秒热离解真空中光电离表面上光电离脉冲宽光电离阈值分离时间研究需要ns–0.1ps不同压力和能量(分子)下化学反应的时标地球化学高压化学热化学火焰化学光化学超声化学等离子体化学高速摄影,10-3-10-6s超高速摄影,10-13-10-15s正常摄影16-24幅/秒毫秒级运动飞秒级运动从毫秒到飞秒可拍高速摄影杂耍-动画片1飞秒,光子”跑”1飞秒,光子”跑”犹如电视节目通过慢动作来观看足球精彩镜头那样，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.飞秒光学实验技术从根本上改变了我们对化学反应过程的认识A.Zewail,埃/美,1946-12.5.2飞秒化学观测到临界点,6.9Å两个C-I键是一先一后断开的弱键光异构化（Photoisomerization）,他们的结论是在反应过程中，2个苯环彼此是同时旋转的。C-Cp键断裂,原子团转动兩個苯環在轉變過程是以同步轉動的方式進行过渡态700fs环-C4H8两个C-C键是一先一后断开的,过渡态700fs环-C4H8化学键ON-NO的分解分子轨道重叠分子轨道不再重叠时间在飞秒技术下观测D2分子从Ru表面上的脱附寻找控制化学反应的方法李远哲(1936-)J.C.Polanyi(加,1929-)D.R.Herschbach(美,1932-)12.5.3微观化学反应优点:(1)可选择反应分子的指定能量反应分子的指定能态分子碰撞的方位(2)可测量产物分子的能量分布产物分子的能态分布产物分子的散射方向在198.9oC,CH3NCCH3CN,一级反应,单分子反应CH3NCCH3CNＴime压力lnPＴime基元反应层次反应分子的指定能量反应分子的指定能态分子碰撞的方位产物分子的能量分布产物分子的能态分布产物分子的散射方向反应分子的指定能量反应分子的指定能态分子碰撞的方位产物分子的能量分布产物分子的能态分布产物分子的散射方向交叉分子束装置杨学明反应F+H2HF+H反应F+D2FD+DTheexperimentalionimageobtainedforHCl(j=0)+ArHCl(j=4)+Ar.(B)ThesimulatedionimageusingtheapparatusfunctionandtheDCSextractedbytheiterativeproceduredescribedinthetext.Totheextentthattheseimagesareidentical,weunderstandtheapparatusfunctionandhaveextractedthetrueDCS.在ns,ps,fs的时标上研究化学反应fspsns10-1510-1210-9秒产物分子KI向前散射产物分子KI向后散射产物分子CsCl对称散射Rb攻击CH3I的非反应性锥体碰撞方位的影响I原子CH3原子团非反应性锥体化学反应途径中的能量变化活化能=+,-,0?总(包)反应基元反应微观过程(分子碰撞传能,分子活化,辐射激发等)12.5.4化学反应的三层次总(包)反应包含了多个基元化学反应,如两个基元反应:每个基元反应包含了许多微观过程反应分子的指定能量,指定能态,碰撞方位等产物分子的能量分布,能态分布,散射方向等认识和研究方法上的革命!总(包)反应基元反应微观过程统计力学微分方程量子力学(与实验对照)(与实验对照)(与实验对照)12.5.4化学反应的三层次