Криохимия - Cryochemistry

Эта статья включает в себя список общих Рекомендации, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшать эта статья введение более точные цитаты. (Ноябрь 2015) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Криохимия это изучение химических взаимодействий на температуры ниже -150 ° C (-238 ° F, 123 К).^[1] Оно происходит от греческого слова крио, что означает «холодный». Он пересекается со многими другими науками, включая химия, криобиология, физика конденсированного состояния, и даже астрохимия.

Криохимия вызывает интерес с тех пор, как жидкий азот, который замерзает при −210 ° C, стал общедоступным.^{[когда? ]} Криогенный Температурные химические взаимодействия являются важным механизмом для изучения подробных путей химических реакций путем уменьшения путаницы, вносимой тепловыми флуктуациями. Криохимия составляет основу криобиология, который использует замедленные или остановленные биологические процессы в медицинских и исследовательских целях.

Поведение при низких температурах

При охлаждении ниже Лямбда-точка (2,17 К или −270,98 ° C при 1 банкомат ), жидкий гелий проявляет свойства сверхтекучесть

По мере охлаждения материала относительное движение составляющих его молекул / атомов уменьшается - его температура снижается. Охлаждение может продолжаться до тех пор, пока все движения не прекратятся, и кинетическая энергия, или энергия движения, исчезает. Это состояние известно как абсолютный ноль и он составляет основу Кельвин шкала температур, который измеряет температуру выше абсолютного нуля. Ноль градусов Цельсия (° C) совпадает с 273 градусами Кельвина.

При абсолютном нуле большинство элементов становятся твердыми, но не все ведут себя так предсказуемо; например, гелий становится очень необычная жидкость. Однако химия между веществами не исчезает даже при температурах, близких к абсолютному нулю, поскольку отдельные молекулы / атом всегда могут объединиться, чтобы снизить свою общую энергию. Почти каждая молекула или элемент проявляют разные свойства при разных температурах; если достаточно холодно, некоторые функции полностью теряются. Криогенная химия может привести к очень разным результатам по сравнению со стандартной химией, и новые химические пути к веществам могут быть доступны при криогенных температурах, например, образование фторгидрид аргона, который является стабильным соединением только при температуре 17 К (-256,1 ° C) или ниже.

Способы охлаждения

Одним из методов охлаждения молекул до температур, близких к абсолютному нулю, является лазерное охлаждение. в Доплеровское охлаждение В процессе, лазеры используются для снятия энергии с электронов данной молекулы, чтобы замедлить или охладить молекулу. Этот метод имеет применение в квантовая механика и связана с ловушками частиц и Конденсат Бозе – Эйнштейна. Все эти методы используют «ловушку», состоящую из лазеров, направленных под противоположными экваториальными углами на определенную точку пространства. Длины волн лазерных лучей в конечном итоге попадают на атомы газа и их внешние вращающиеся электроны. Это столкновение длин волн уменьшает долю состояния кинетической энергии на долю, чтобы замедлить или охладить молекулы. Лазерное охлаждение также использовалось для улучшения атомных часов и атомной оптики. В ультрахолодных исследованиях обычно основное внимание уделяется не химическим взаимодействиям, а фундаментальным химическим свойствам.^{[нужна цитата ]}

Из-за чрезвычайно низких температур диагностика химического статуса является серьезной проблемой при изучении физики и химии низких температур.^{[требуется разъяснение ]} Основными методами, которые используются сегодня, являются оптические - доступны многие типы спектроскопии, но для них требуется специальное оборудование с вакуумными окнами, которые обеспечивают доступ к криогенным процессам при комнатной температуре.

Смотрите также

• Термохимия
• Криогеника
• Конденсат Бозе – Эйнштейна

Рекомендации

• Московиц, М., Озин, Г.А. (1976) Криохимия, J. Wiley & Sons, Нью-Йорк
• Диллинджер, Дж. Р. (1957). Физика и химия низких температур (под редакцией Джозефа Р. Диллинджера). Мэдисон, Висконсин: University of Wisconsin Press.
• Надувалат, Б. (2013). «Ультрахолодные молекулы».
• Филлипс, В. Д. (2012). «Лазерное охлаждение»
• Парпиа, Дж. М., и Ли, Д. М. (2012). "Абсолютный ноль"
• Хасэгава Ю., Накамура Д., Мурата М., Ямамото Х. и Комине Т. (2010). «Высокоточный контроль и стабилизация температуры с помощью криокулера. Обзор Scientific Instruments», DOI: 10.1063 / 1.3484192