 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
53
Химические лазеры
Экспериментальное исследование смешивания двух газообразных соединений, проведенное
более 10 лет назад, позволило установить распределение энергии между молекулами. Например, в
результате реакции атомного водорода с молекулярным хлором в газовой форме образуется
хлороводород и атомарный хлор, которые излучают инфракрасный свет. Анализ спектра
излучения показывает, что существенная часть энергии (около 40%) представляет собой энергию
колебательного движения молекулы НСl. За открытие такого рода явлений Джону Поляни
(Университет Торонто) присуждена Нобелевская премия по химии. Данные исследования привели
к созданию первого химического лазера – лазера, получающего энергию от взрыва смеси водорода
с хлором. Химические лазеры отличаются от обычных тем, что превращают в когерентное
излучение не энергию электрического источника, а энергию химической реакции. Открыты
десятки химических лазеров, в том числе и достаточно мощные для инициирования
термоядерного синтеза (йодный лазер) и для военных целей (водородно-фторидный лазер).
Молекулярные пучки
Молекулярный пучок представляет собой струю молекул, образующуюся при испарении
вещества в специальной печи и пропускании его через узкое сопло, формирующее пучок в камере,
в которой поддерживается сверхвысокий вакуум, исключающий межмолекулярные столкновения.
При направлении молекулярного пучка на реагенты – соединения, вступающие в реакцию, – при
низком давлении (10
-10
атм) каждая молекула может участвовать не более чем в одном
столкновении, приводящем к реакции. Для осуществления такого сложного эксперимента
требуется установка сверхвысокого вакуума, источник интенсивных сверхзвуковых пучков,
высокочувствительный масс-спектрометр и электронные определители времени свободного
пробега молекул. За проведение этих экспериментов Юан-Чен Ли (Калифорнийский университет
Беркли) и Дадли Хермбаху (Гарвардский университет) присуждена Нобелевская премия по химии.
Опыты с молекулярными пучками позволили определить, например, ключевые реакции при
горении этилена, при котором в реакции этилена с кислородом образуется короткоживущая
молекула.
Достижения ядерной химии
Химия играет важную роль в исследовании свойств радиоактивных веществ и в разработке
радиоактивных методов анализа, применяемых в различных отраслях естествознания. Одна из
первых Нобелевских премий в области ядерных процессов была присуждена химику Отто Гану в
1944 г. за открытие деления ядер. В 1951 г. Нобелевская премия за открытие двух первых в
периодической системе трансурановых элементов была присуждена химику Гленну Сиборгу и его
коллеге – физику Эдвину Мак-Миллану. Многие современные достижения науки о ядерных
процессах получены при тесном взаимодействии химиков, физиков и ученых многих других
направлений.
С применением химических методов в течение всего лишь 15 лет синтезированы химические
элементы с номерами от 104 до 109 и обнаружены изотопы многих других элементов.
Исследования изотопов позволили не только количественно описать многие ядерные процессы, но
и определить свойства, определяющие устойчивость атомных ядер.
Одна из интересных задач ядерной химии – обнаружение теоретически предсказанных
супертяжелых элементов, т. е. элементов, входящих в предсказанный остров стабильности,
расположенный в интервале атомных номеров 114–164.
В последние десятилетия методы ядерной химии нашли широкое применение при
исследовании грунта планет Солнечной системы и Луны. Например, для химического анализа
грунта Луны применялся трансурановый элемент. Такой метод позволил определить около 90%
элементов в трех разных местах лунной поверхности. Анализ изотопного состава образцов
лунного грунта, метеоритов и других небесных тел помогает сформировать представление об
эволюции Вселенной.
Ядерная химия применяется и в медицине. Например, в США ежегодно назначается около 20
млн. процедур с применением радиоактивных препаратов. Особенно широко распространено