Beszélgetés – az 1999. évi Nobel-díj kapcsán – Keszei Ernővel,
az ELTE TTK Fizikai Kémiai Tanszékének vezetőjével
Egy közel húszéves hasonlat szerint a kémiai
reakciók "lefilmezése" olyan feladat, mint azé a jeleneté,
amelyben túl sok szereplő lepi el a színpadot végszó
nélkül, hogy azután mindegyikük egyszerre hadarja
el a mondókáját.
1999 kémiai Nobel-díjasa, Ahmed
Zewail pillanatfelvételeket készít a molekulák
gyors – néhányszor 10–15 másodperces, femtoszekundumos
– átalakulásáról. Zewail munkájáról
Keszei
Ernővel, az ELTE TTK Fizikai Kémiai Tanszékének
vezetőjével beszélgettünk (...).
– Ahmed Zewailt valószínűleg csak a szakterület
művelõi ismerik. Hogyan ejtik ennek az Amerikában élő,
egyiptomi kutatónak a nevét?
– Arabul "zuail"-nak hangzik, az amerikaiak általában
"zíveil"-nek mondják, de egyetemi kollégái
egészen arabosan ejtik Zewail nevét.
– Tudjuk, hogy a Nobel-díjat a kémiai reakciók
átmeneti állapotainak femtoszekundumos spektroszkópiai
vizsgálatáért kapta. Miért jelent áttörést
ez a módszer?
– A kérdést kétféleképpen lehet érteni.
Miért pont a femtoszekundumos tartomány érdekli a
kémikust és hogyan végezhetünk ilyen gyors méréseket?
Kezdjük a másodikkal. A femtoszekundumos spektroszkópiában
az időmérést távolságmérésre
vezetik vissza. A fény a leggyorsabb, tehát távolságméréssel
úgy mérik a legrövidebb időtartamokat, ha fényt
használnak. Az a legrövidebb távolság, amely
mikrométercsavarral pontosan beállítható, körülbelül
0,1 mikrométer; 0,1 mikrométer 0,3 femtoszekundumnak felel
meg, mert a fény 0,1 mikrométert 0,3 femtoszekundum alatt
tesz meg. Ezt a mechanikai precizitást már a század
elején el tudták volna érni. De más is kell
a mérésekhez: az, hogy a molekulák vizsgálatára
használt fényimpulzus kiterjedése ne legyen nagyobb,
mint ez a háromtized femtoszekundum. Illetve, ha femtoszekundumos
történéseket akarok mérni, egy femtoszekundumnál
ne legyen nagyobb a kiterjedés és így tovább.
Ez az, amit nem tudtak korábban megvalósítani.
Shank és Ippen 1985-ben jutott arra az alapvető gondolatra,
hogy az impulzusok festéklézerekkel erősíthetők,
és bizonyos törésmutató-diszperziókat
kihasználva "összenyomhatók", csökkenteni lehet
a szélességüket. Az időbeli összenyomáshoz
azt használták ki, hogy az idõbeli szélesség
és a frekvenciatérbeli szélesség összefügg:
ha az impulzus időtartamát szűkítjük, a
jel szélesebb frekvenciatartományban jelenik meg. De ez fordítva
is igaz. Ezzel a módszerrel elõször körülbelül
500 femtoszekundumos impulzusokat állítottak elő.
– Miért előnyösebb a femtoszekundumos spektroszkópia
a piko- vagy nanoszekundumosnál vagy a folytonos fénnyel
működő spektroszkópiánál?
– Eyring és Polányi munkájából kiderült,
hogy az átmeneti állapotban a konfigurációs
térbeli pontnak át kell haladnia egy potenciálfelületen
– vagy egyszerûbben: a reagáló molekulának le
kell küzdenie egy energiagátat – , és ez a folyamat
körülbelül 10–12 másodpercnyi idő
alatt játszódik le. De ilyen gyors reakciókat akkor
– az 1930-as években – senki sem tudott követni. Még
egyszer mondom, azért, mert rövid időtartamokat tudtak
volna mérni, de a jelek roppant szélesek voltak. Eyring
és Polányi
számításai azt mutatták, hogy a szakadásért
felelős rezgések, pédául az OH-rezgések
karakterisztikus ideje 10 femtoszekundum. Nyilvánvaló, ha
egy nyújtási rezgés mentén egy OH-kötés
elszakad, a felszakadás idejének 10 femtoszekundum nagyságrendjébe
kell esni. Ezt igazolták Zewailék az elsõ mérésükkel,
amelyben a jód-cianidot gerjesztették és mérték
a CN–I kötés szakadását. Azt találták,
hogy a kötés 200 femtoszekundum alatt szakad szét teljesen.
– A kulcsszó tehát az átmeneti állapot.
A rezgések, illetve a rezgések által indukált
kémiai reakciók – az elemi események – a femtoszekundumos
skálán zajlanak.
– Ugyanaz tartja össze az átmeneti komplexet, mint az egyéb
molekulákat, tehát az erőállandók ugyanakkorák,
mint a rezgéseknél. Következésképpen a
rezgések periódusidejéhez igazodik a kötésszakadás
időtartama.
[...]
A beszélgetés folytatása az alábbi link alatt olvasható.
