Kémia az abszolút nullától több ezer fokig. Magyarfalvi Gábor Alkímia ma február 23.

Átírás

1 Kémia az abszolút nullától több ezer fokig Magyarfalvi Gábor Alkímia ma február 23.

2 A kémikusokat az összekapcsolódó atomok viselkedése érdekli, amit a hőmérséklet nagyban befolyásol Mit befolyásol és hogyan? Milyen hőmérsékleten jönnek a fizikusok? Érdekes-e a fagyott mozdulatlanság? 2

3 A hőmérséklet emelése általában gyorsítja a folyamatokat Elegendően sokszor és megfelelő energiával kell a találkozásnak megtörténnie 3

4 Magasabb hőmérsékleten a molekulák nagyobb hányada bír a szükséges energiával A gát metaforája 4

5 A fehérjeláncok denaturációja meghatározza a hús textúráját és színét A miozin gyorsabban, a mioglobin a többi fehérjével együtt koagulál A mioglobin az első ismert szerkezetű fehérje 5 A vastartalmú mioglobin átalakul hemikrómmá és megbarnul

6 A kollagén denaturálódás után lassan hidrolizál A kollagén tripla hélix szerkezete is denaturálódik A kollagénben gazdag húsban idővel sok zselatin keletkezik 6

7 A külső nyomás növekedtével a forráspont is megnövekedik, víz esetében akár 20 fokkal is Magasabb hőmérsékleten gyorsabbak a kémiai folyamatok 7

8 Az oldatok forráspontja is magasabb a tiszta víz forráspontjánál (fagyáspontjuk pedig alacsonyabb) Ez az emelkedés viszont nem jelentős (1 mol NaCl 1 liter vízben csak fél fokot hoz) 8

9 Van olyan kémiai folyamat is, ami a hőmérséklet emelésével lelassul 2NO(g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) 2NO(g) (NO) 2 (g) (1) (NO) 2 (g) + O 2 (g) 2NO 2 (g) (2) Az egyensúly melegítés hatására visszaszorul 9

10 Magasabb hőmérsékleten az erősebb kötések felszakításához is van elegendő energia Ha elég energiát közlünk, előbb-utóbb minden elpárolog Bizonyos fémek, sók, kerámiák, atomrácsos anyagok nem túl illékonyak 10

11 A jellemző égéstermékekben a legerősebb kötések lehetőek fel A. Fridman, Plasma Chemistry, Cambridge University Press, 2008 A hármas kötésű szén-monoxid magasabb hőmérsékletű lángokban 11 keletkezik

12 Elegendően magas hőmérsékleten már az atomok is ionizálódnak és plazma keletkezik 12

13 Égéssel és lángokkal csak korlátozott hőmérséklettartomány érhető el CH 4 + O 2 C 2 H 2 + O 2 2 H H 2 Adiabatikus lánghőmérséklet jól becsülhető számítással is 13

14 Adiabatikus lánghőmérsékletek T ad H C HC CH 3500 C N C C N 4500 C N C C C C N 5000 C A dinitrogén nagyon stabil termék 14

15 Egy elpárologtatott minta gőzében keletkező atomok koncentrációja megmérhető Az egyes atomokra jellemző fényelnyelés alapján egyszerre több elem jelenléte is vizsgálható 15

16 Ionizált argon plazma hevíti fel az elporlasztott mintát 7000 K környékére A változó elektromos térben mozgó ionok és elektronok hevítik fel a minta atomjait Az atomok által kibocsátott sugárzás elemezhető 16

17 Olvadékok és szilárd anyagok tulajdonságait, viselkedését magas hőmérsékleten nehéz mérni W 3410 C Ta 4 HfC C C ~3700 C * SiO C Ti 1650 C 17

18 A wolfram feldolgozás alapvető szabadalmai Budapesten születtek (Millner, Bródy) WO H 2 W + 3 H 2 O szinterelés 18

19 A CO 2 lézerrel hevített kerámiaolvadékot gázáram lebegteti, miközben szerkezetét röntgensugarakkal vizsgálják Paul F. McMillan Nature Materials 7, (2008) doi: /nmat

20 A plazma atomjai egy felülethez kapcsolódhatnak A folyamatot metán/hidrogén láng esetében a hidrogénatomok segítik elő Gyémánt vékonyréteg növesztése CH plazmából 20

21 A lángokban vagy plazmákban levő atomokat egy felületre leválasztva másképp nehezen hozzáférhető anyagok állnak elő Gyémánt csak egy szűk összetétel-tartományban keletkezik 21

22 A reaktív anyagok megfigyelhetőek helyben vagy kifagyasztva A reaktív részecskéket egymástól távol érdemes tartani 22

23 A mátrixizolációs mérések során nagy hígításban, inert anyagba fagyasztva vizsgálják a molekulákat A zártkörös He kriosztáttal 8-10 K hőmérséklet könnyen elérhető 23

24 Az inert gázzal kevert mintát átlátszó ablakra fagyasztva optikai úton vizsgálható lesz Infravörös elnyelései a minta részecskéinek belső rezgéseit, ezáltal szerkezetét mutatják meg 24

25 A rendszernek nagy vákuumban kell lennie, hisz különben más is kifagyna 25

26 26

27 A mátrixban a befagyott mozgások miatt egyértelműbb spektrumok rögzíthetők Ar mátrix (~1:2000) Gáz Folyadékfilm A CH 3 -CH 2 -CH 2 -ONO spektruma Hullámszám/cm -1 27

28 A H-N=C=S és a H-S-C N molekulát azonosították a világűrben, de a H-C N S létezéséről még senki nem tudott A Sagittarius B2 csillagköd spektrumában az első kettőre jellemző sugárzást észlelték 28

29 A tiadiazolok hevítésre elbomlanak T. Pasinszki, T. Kárpáti, N.P.C Westwood, J. Phys. Chem. A 105, 6258 (2001) 29

30 A mátrixba fagyasztott tiadiazol bomlása során valóban HCNS keletkezik Számított Ar mátrix (fotolízis után fotolízis előtt) Kr mátrix (fotolízis után fotolízis előtt) Hullámszám/ cm T. Pasinszki, M. Krebsz, G. Bazsó, G. Tarczay, Chem. Eur. J., 15, 6100 (2009)

31 A mátrixot felmelegítve megindul benne a diffúzió és a reakciók A fotolízis után, 8 K 35 K 8 K i-propoxi gyök? 4 óra fotolízis után, 8 K fotolízis előtt, 8 K ν~ / cm E. Mátyus, G. Magyarfalvi, G. Tarczay, J. Phys. Chem. A 111, 832 (2007)

32 Szuperfolyékony hélium cseppjeiben nagyon alacsony hőmérsékleten szabad forgást észleltek A COS molekulák fényelnyelését egyenként lehet megfigyelni 32

33 Az alacsony hőmérséklet például a csillagközi térben nem teszi lehetetlenné a reakciókat Két atom ütközésekor energiának kell felszabadulnia Hőmérsékletcsökkenésre gyorsulnak bizonyos reakciók 33

34 Két gyök reakciójának nincs energiagátja I R Sims Science 2011;334: