Molekularer "Katapult-Effekt" beobachtet
Ultraschnelle Dissoziation von Molekülen an BESSY II analysiert: Erkenntnisse vertiefen das Verständnis von chemischen Reaktionen auf molekularer Ebene
© The Journal of Physical Chemistry Letters
Treffen Röntgenstrahlen auf Moleküle, können sie Elektronen aus bestimmten Orbitalen in extrem energiereiche Zustände versetzen, wodurch chemische Bindungen aufbrechen. Dies geschieht oft extrem schnell, in nur wenigen Femtosekunden (10-15s). Dieses Phänomen wurde bereits bei leichten Molekülen wie Ammoniak, Sauerstoff, Salzsäure oder einfachen Kohlenstoffverbindungen untersucht, aber bisher noch kaum bei Molekülen mit schwereren Atomen.
Ein Team aus Frankreich und Deutschland hat nun den schnellen Zerfall von Molekülen untersucht, die Halogene enthalten. Sie konzentrierten sich auf ein Molekül, in dem Brom- und Chloratome durch eine leichte eine Alkylengruppe (CH2) verbunden sind. Die Messungen fanden an der XUV-Beamline von BESSY II statt.
Durch die Absorption des Röntgenlichts brachen Molekülbindungen auf und ionische Fragmente entstanden, die analysiert werden konnten. Tatsächlich gelang es den Forschenden, aus den Messdaten eine Visualisierung des Prozesses zu erstellen. Sie zeigt, wie sich Atome in den flüchtigen Zwischenzuständen bewegen, kurz bevor die Bindungen wirklich aufbrechen. Dafür entwickelte das Team eine neue Analysemethode namens IPA (Ion Pair Average) und kombinierte sie mit theoretischen Ab-initio-Berechnungen, um die Prozesse zu rekonstruieren.
Die Ergebnisse zeigten, dass leichte Atomgruppen wie CH2 zuerst ausgestoßen werden, während die schwereren Atome – Brom und Chlor – zurückbleiben und sich folglich langsamer trennen. Interessanterweise tritt dieses katapultartige Verhalten nur bei bestimmten Röntgenenergien auf. Theoretische Simulationen, die mit experimentellen Beobachtungen übereinstimmen, unterstreichen die entscheidende Rolle von Schwingungen der leichteren Atomgruppen bei der Auslösung dieser ultraschnellen Reaktionen.
„Diese Studie beleuchtet die einzigartige Dynamik der molekularen Dissoziation unter Röntgenbestrahlung“, sagt Dr. Oksana Travnikova (CNRS, Université Sorbonne, Frankreich), Erstautorin der Studie, die nun in J. Phys. Chem. Lett. erschienen ist. Insbesondere zeigt sie, dass die katapultartige Bewegung leichter Gruppen die Trennung schwerer Fragmente einleitet, ein Prozess, der sich in bemerkenswert kurzen Zeiträumen entfaltet. Diese Erkenntnisse vertiefen das Verständnis von chemischen Reaktionen auf molekularer Ebene und zeigen, wie sich energiereiche Strahlung auf komplexe Moleküle auswirkt.
Originalveröffentlichung
Oksana Travnikova, Victor Kimberg, Barbara Cunha de Miranda, Florian Trinter, Markus S. Schöffler, Stéphane Carniato, Tatiana Marchenko, Renaud Guillemin, Iyas Ismail, Gregor Kastirke, Maria Novella Piancastelli, Till Jahnke, Reinhard Dörner, Marc Simon; "X-ray-Induced Molecular Catapult: Ultrafast Dynamics Driven by Lightweight Linkages"; The Journal of Physical Chemistry Letters, Volume 15, 2024-11-21
Originalveröffentlichung
Oksana Travnikova, Victor Kimberg, Barbara Cunha de Miranda, Florian Trinter, Markus S. Schöffler, Stéphane Carniato, Tatiana Marchenko, Renaud Guillemin, Iyas Ismail, Gregor Kastirke, Maria Novella Piancastelli, Till Jahnke, Reinhard Dörner, Marc Simon; "X-ray-Induced Molecular Catapult: Ultrafast Dynamics Driven by Lightweight Linkages"; The Journal of Physical Chemistry Letters, Volume 15, 2024-11-21
Themen
Organisationen
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Holen Sie sich die Analytik- und Labortechnik-Branche in Ihren Posteingang
Ab sofort nichts mehr verpassen: Unser Newsletter für Analytik und Labortechnik bringt Sie jeden Dienstag auf den neuesten Stand. Aktuelle Branchen-News, Produkt-Highlights und Innovationen - kompakt und verständlich in Ihrem Posteingang. Von uns recherchiert, damit Sie es nicht tun müssen.