Візуалізація показала, як змінюється молекула, що руйнує озоновий шар

Дослідники спостерігали, як атоми в бромоформі перебудовуються менш ніж за трильйонну частку секунди під впливом ультрафіолетового імпульсу.

Дослідники з Національної лабораторії Лоуренса в Берклі в США вперше спостерігали зміни, які відбуваються в бромоформі після того, як він піддається впливу ультрафіолетового імпульсу. Візуалізація підтвердила раніше передбачений шлях, яким молекула, що руйнує озоновий шар, перетворює структуру під час взаємодії зі світлом.

Хіміки десятиліттями вивчали фотохімію бромоформу – зміну молекули під дією світла. Ця природна сполука руйнує озон в атмосфері Землі і природним чином виробляється фітопланктоном і водоростями в океанах.

Теорія припускає, що в молекулах відбуваються одразу два процеси: під час дисоціації один атом брому відокремлюється від іншої частини молекули, під час ізомеризації атоми перебудовуються в іншу конфігурацію або ізомер.

Американські фізики розробили експеримент, який не тільки підтвердив утворення ізомерів, а й визначив, яка частина молекул бромоформу піддається дисоціації, а яка частина утворює ізомери.

Учені збудили молекули газу бромоформу надшвидким сплеском УФ-випромінювання з довжиною хвилі 267 нм. Збуджені молекули збудили надкороткими електронними імпульсами за допомогою релятивістського надшвидкого електронного дифракційного приладу в Національній прискорювальній лабораторії SLAC.

За допомогою електронних зображень дослідники виміряли відстані між атомами в молекулах бромоформу і відстежили, як вони змінювалися з плином часу. Приблизно 60% молекул зазнали ізомеризації протягом перших 200 фемтосекунд збудження і зберігалися протягом усього експерименту тривалістю 1,1 пікосекунди. Решта 40% бромоформу зазнали прямої дисоціації.

Енергія ультрафіолетового випромінювання викликає безліч хімічних процесів на Землі. Щоб зрозуміти, використовувати або пом’якшити шкоду від цих надшвидких хімічних реакцій, важливо зрозуміти, як вони працюють на атомному рівні. Результат спостережень є важливим кроком не тільки для розуміння фотохімії бромоформу, а й інших молекул.