Химические лазеры и лазерная химия

Ангармонизм колебаний и перераспределение энергии между разл. степенями свободы при соударениях молекул приводят к ограничению направленности действия источника возбуждения системы. Для достижения наиб, выхода продукта при минимуме затрат энергии нужно, как правило, возбуждать не одну, а неск. определенных колебат. степеней свободы, причем не обязательно оптически разрешенных. Это позволяет управлять хим. р-циями их скоростью, составом продукта и др. Подобные задачи решаются, в частности, в плазмохимии, фотохимии, радиационной химии, лазерной химии. Первичные продукты внеш. воздействия-сильно неравновесные по хим. составу и степени возбуждения частицы - могут, взаимодействуя, приводить к образованию больших концентраций др. возбужденных частиц, в т. ч. с инверсной заселенностью, что является необходимым условием для генерирования лазерного излучения (см. Лазеры химические). [c.219]

Химические лазеры и лазерная химия [c.100]

В табл. У-А-1 перечислены области применения лазеров в химии. Следует особо отметить, что большинство наиболее мощных лазеров нельзя перестраивать. Каждый из них работает лишь на одной длине волны. Эти лазеры лучше всего использовать для изучения таких твердых веществ и материалов, которые обычно поглощают свет в широком диапазоне длин волн. Для большинства химических исследований необходимы источники света с перестраиваемой длиной волны. В лазерах с перестраиваемой длиной волны для возбуждения обычно применяется другой мощный лазер с фиксированной частотой. Для того чтобы выполнять современные исследования на самом переднем крае науки, очень важно иметь такую лазерную систему, которая наилучшим образом соответствовала бы решаемой задаче. [c.210]

Автор настоящей главы, хотя он и физик, полагает, что одной из самых интересных и быстро расширяющихся областей развития лазерной спектроскопии (по крайней мере с точки зрения химиков) является индуцирование лазерами химических реакций. Все началось с нескольких более или менее недостаточно хорошо описанных и не очень хорошо понятых экспериментов в лазерной химии (некоторые называют ее лазерной алхимией), в которых лазер просто заменял бунзеновскую горелку для нагрева образца. С тех пор в этой области достигнут значительный прогресс. В ряде тщательных экспериментов селективное возбуждение молекулярных уровней дало возможность провести контролируемые реакции. Целью таких работ является проведение управляемых химических реакций. Этот вопрос рассматривается в разд. 5.6. [c.244]

Представленные в последних разделах примеры показывают, что многие применения лазера в химии требуют хорошего знания молекулярных спектров. Целью данной главы было показать, что лазеры идеально подходят для получения этой информации. Разработка высокочувствительных и обладающих сверхвысоким разрешением методов позволила специалистам, занимающимся сиектроскопией молекул, изучать спектры даже сложных молекул. Поскольку эта быстро развивающаяся область — лазерная спектроскопия — на.ходится лишь в самом начале своего пути, дальнейшие разработки, несомненно, окажутся чрезвычайно плодотворными для аналитической химии и окажут значительное влияние на аналитические методы. Например, методы оптического возбуждения открывают новую область в хпмии возбужденных состояний со всеми вытекающими отсюда возможностями проведения контролируемых химических реакций и разделенпя изотопов. [c.316]

Применение лазерного излучения в химии наиб, эффективно для процессов, связанных с получением дорогостоящих продуктов и изделий (разделение изотопов, создание интегральных схем для микроэлектроники, синтез особо чистых в-в и реактивов, потребляемых в небольших кол-вах). Использование лазеров в крупнотоннажных произ-вах, по-виднмому, пойдет по пути инициирования технол. процессов, базирующихся на цепных р-циях. При длине цепи V каждый химически активный центр, созданный лазерным излучением, даст V молекул продукта. Тогда энергетич. стоимость продукта оказывается равной Qт v , где б-затраты лазерной энергии на создание активной молекулы или радикала, Т1-КПД лазера. При большой длине цепи ( 10 — [c.566]

Впервые химический лазер, основанный на реакции между водородом и хлором, был разработан американскими исследователями, Однако им не удалось достичь успеха, поскольку затраты энергии на инициирование реакции, т. е. создание атомного хлора, во много раз превышали энергию лазерного возбуждения. Таким образом, данная реакция цепная, и в ней есть акт, дающий неравновесно возбужденные продукты, но она протекает с недостаточной скоростью. Поэтому для создания высокоэффективного химического лазера следует выполнить одновременно несколько условий, а именно реакция, лежащая в основе такого лазера, должна быть быстрой, идти по цепному механизму и должна приводить к образованию неравновесных возбужденных молекул, колебательная энергия которых значительно превышает энергию поступательного и вращательного движений. Идея использования быстрых цепных реакций была выдвинута впервые советскими учеными. В настоящее время широкое применение нашли цепные реакции водорода или дейтерия с фтором, в результате которых образуются возбужденные молекулы НР или ОР с неравновесным распределением энергии по колебательным степеням свободы. Излучение генерируется благодаря колебательным переходам в этих молекулах. Длина волны X излучения для НР составляет 2,7—3,2 мкм, а для ОР — 3,7—4,4 мкм. При добавлении оксида углерода (IV) к смеси дейтерия и фтора молекулы СОз забирают энергию у молекул ОР и переизлучают ее а области 10 мкм. Сравнительно недавно в США был создан хими ческий лазер, излучение в котором составляет 1,3 мкм. В его основу положена реакция молекулярного хлора с пероксидом водорода. Дело в том, что в растворе пероксид водорода диссоциирует на ионы Н+ и НО2 , которые активно реагируют с молекулами хлора. При этом взаимодействии возникает возбужденная молекула кислорода. Это так называемый синглетный кислород, в молекуле которого возбуждены не колебания, а долго живущие электронные состояния. Газообразный хлор пробулькппает через жидкую смесь пероксида водорода и гидроксида натрия, который [c.101]

ЛАЗЕРЫ ХИМИЧЕСКИЕ, устройства для прямого преобразования энергии хим. р-ции в энергию когерентного электромагн. излучения. Инверсия населенности уровней обусловлена неравновесным распределением энергии хим. р-ции по степеням свободы молекул продукта. Для создания Л. х. используют р-ции, скорость к-рых превышает скорость установления равновесного распределения выделяющейся энергии. Как правило, это р-ции с участием химически активных атомов или радикалов Среди них особое место занимают цепные и разветвленные цепные р-ции, в к-рых химически активные центры (атомы и своб. радикалы) воспроизводятся (в разветвленных р-циях-размножаются) в ходе р-ции. Для создания нек-рого начального числа активных центров (инициирования цепной р-ции) необходимо затратить энергию. Поэтому чем больше длина цепи р-ции, тем большее кол-во хим. энергии переработается в лазерное излучение и тем меньшую роль будут играть затраты энергии на создание активных центров. При этом решающее значение имеет т. наз. хемолазерная длина цепи, определяемая как отношение скорости продолжения цепи к скорости релаксации возбужденных молекул, используемых для генерации когерентного излучения (но не к скорости гибели активных центров). Чем больше хемолазерная длина цепи, тем выше эффективность лазера по отношению к затратам энергии на инициирование р-ции. [c.567]

Другие области химии также могут взять лазер на вооружение. Все более отчетливо вырисовьшается перспектива применения оптического квантового генератора для инициирования многих химических процессов, в частности диссоциации, синтеза и катализа, и для управления ими. Когда колебания лазерного луча приводятся в резонанс с частотой колебаний молекул, путем наращивания энергии колебаний можно добиться разрыва химической связи, ведущего к образованию химических активных осколков молекул. Поэтому в будущем химики смогут (сначала теоретически и частично в лаборатории) избирательно разрывать химические связи и затем целенаправленно строить новые молекулярные структуры. Для успешной реализации этих возможностей нужно, очевидно, иметь в распоряжении лазер с непрерывно меняющейся частотой или набор лазеров с различными частотами. [c.149]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология