其他

抓住物質轉變一瞬間

化學家首度測量到物質短暫過渡狀態的能量特性。

撰文/施密特(Charles Schmidt)

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抓住物質轉變一瞬間

化學家首度測量到物質短暫過渡狀態的能量特性。

撰文/施密特(Charles Schmidt)


沿著山路從一個山谷走到另一個山谷時,你會經過這段路程中的最高點,通常你會在這裡佇足片刻,看看風景,然後走下山谷。這一刻相當類似化學反應的神秘時刻:參與化學反應的分子即將轉變成另一種化學物質時的短暫過渡狀態。


科學家一直認為這類過渡狀態不穩定且稍縱即逝,無法觀察。然而美國麻省理工學院(MIT)化學家已測量到過渡狀態的能量。如同登山客走到最高點所需的時間取決於山的高度,化學反應物轉變成另一種結構所需的時間取決於過渡狀態的能量特性。


為了進行這項重大測量工作,當時還是MIT研究生的巴拉班(Joshua Baraban)等人以雷射激發乙炔,在這個簡單反應中,乙炔分子的結構由直鏈狀扭轉成鋸齒狀。乙炔吸收強度更大的光後,一如預期開始振盪,但在由直鏈狀轉變成鋸齒狀時,振盪突然暫停,進入捉摸不定的過渡狀態。


巴拉班現任職於科羅拉多大學波爾德分校,他表示:「我們發現分子能量越過高峰、從一種結構轉變成另一種結構時,振盪頻率突然降到零。」他們測量出振盪暫停所需的能量,從而得知過渡狀態的能量特性。這項研究結果最近發表在《科學》期刊。


德國吉森大學的莫勞(Georg Mellau)發現,此法也可用於觀察氰化氫(HCN)轉變成異氰化氫(HNC)這類更複雜的過程。巴拉班表示,能夠把這段短暫時刻加以量化,「對化學相關應用很重要。」例如進一步了解燃料燃燒反應的過渡狀態,有助於設計出更省油的汽車。(甘錫安 譯)


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