Międzyatomowy rozpad kulombowski

Międzyatomowy rozpad kulombowski ( ICD ) to ogólna, podstawowa właściwość atomów i cząsteczek , które mają sąsiadów. Międzyatomowy (międzycząsteczkowy) rozpad kulombowski jest bardzo wydajnym procesem międzyatomowej (międzycząsteczkowej) relaksacji elektronowo wzbudzonego atomu lub cząsteczki osadzonej w środowisku. Bez środowiska proces nie może się odbyć. Do tej pory wykazano to głównie dla klasterów atomowych i molekularnych , niezależnie od tego, czy są one typu van-der-Waalsa , czy wiązań wodorowych .

Naturę tego procesu można przedstawić w następujący sposób: Rozważmy klaster składający się z dwóch podjednostek, A i B . Załóżmy, że elektron o wewnętrznej wartościowości został usunięty z podjednostki A . Jeśli wynikowy (zjonizowany) stan ma wyższą energię niż próg podwójnej jonizacji podjednostki A , to proces wewnątrzatomowy (wewnątrzcząsteczkowy) ( autojonizacja , w przypadku jonizacji rdzenia rozpad Augera ) następuje. Mimo że wzbudzenie jest energetycznie nie wyższe niż próg podwójnej jonizacji samej podjednostki A , może być wyższe niż próg podwójnej jonizacji klastra, który jest obniżony z powodu separacji ładunków . W takim przypadku zachodzi proces międzyatomowy (międzycząsteczkowy), który nazywa się ICD. Podczas ICD nadmiar energii podjednostki A jest wykorzystywany do usunięcia ( w wyniku korelacji elektronowej ) elektronu o zewnętrznej wartościowości z podjednostki B. W rezultacie powstaje podwójnie zjonizowany klaster z pojedynczym ładunkiem dodatnim na A i B. _ Tak więc separacja ładunków w stanie końcowym jest odciskiem palca ICD. W wyniku rozdzielenia ładunku gromada zazwyczaj rozpada się poprzez eksplozję kulombowską .

ICD charakteryzuje się szybkością zaniku lub czasem życia stanu wzbudzonego. Szybkość rozpadu zależy od odległości międzyatomowej (międzycząsteczkowej) A i B , a jej zależność pozwala wnioskować o mechanizmie ICD. Szczególnie ważne jest wyznaczenie widma energii kinetycznej elektronu emitowanego z podjednostki B , która jest oznaczana jako elektron ICD. Elektrony ICD są często mierzone w eksperymentach ICD. Zazwyczaj ICD odbywa się co femtosekundę skali czasowej, o wiele rzędów wielkości szybciej niż konkurencyjna emisja fotonów i inne procesy relaksacyjne.

ICD w wodzie

Niedawno zidentyfikowano ICD jako dodatkowe źródło niskoenergetycznych elektronów w wodzie . Tam ICD jest szybszy niż konkurencyjny protonów , który jest zwykle główną drogą w przypadku elektronicznego wzbudzania skupisk wody. Reakcja skondensowanej wody na wzbudzenia elektroniczne ma ogromne znaczenie dla systemów biologicznych. Na przykład w eksperymentach wykazano, że elektrony o niskiej energii skutecznie wpływają na składniki DNA . Ponadto zgłoszono ICD po wzbudzeniu elektronów rdzeniowych wodorotlenku w rozpuszczonej wodzie.

Powiązane procesy

Procesy międzyatomowe (międzycząsteczkowe) zachodzą nie tylko po jonizacji , jak opisano powyżej. Niezależnie od rodzaju wzbudzenia elektronicznego, proces międzyatomowy (międzycząsteczkowy) może się rozpocząć, jeśli atom lub cząsteczka znajduje się w stanie energetycznie wyższym niż próg jonizacji innych atomów lub cząsteczek w sąsiedztwie. Znane są następujące procesy związane z ICD, które dla wygody omówiono poniżej dla klastrów:

• Rezonansowa międzyatomowa deacy kulombowska (RICD) została po raz pierwszy potwierdzona eksperymentalnie. Proces ten pochodzi od wzbudzenia o wewnętrznej wartościowości , w którym elektron o wewnętrznej wartościowości jest promowany na wirtualną orbitę . Podczas tego procesu wolne miejsce wewnętrznej wartościowości jest wypełniane przez zewnętrzny elektron walencyjny tej samej podjednostki lub przez elektron znajdujący się na wirtualnym orbicie. Następujące działanie jest określane jako RICD, jeśli w poprzednim procesie wytworzona nadmiar energii usuwa elektron o zewnętrznej wartościowości z innego składnika klastra. Z drugiej strony nadmiar energii można również wykorzystać do usunięcia zewnętrznego elektronu walencyjnego z tej samej podjednostki ( autojonizacja ). W konsekwencji RICD konkuruje nie tylko z powolnym rozpadem radiacyjnym jak ICD, ale także z efektywną autojonizacją. Zarówno eksperymentalne, jak i teoretyczne dowody wskazują, że ta konkurencja nie prowadzi do zniesienia RICD.
• Kaskada Auger-ICD została po raz pierwszy przewidziana teoretycznie. Stany z wakatem w rdzeniu-powłoce zwykle ulegają rozpadowi Augera. Rozpad ten często wytwarza stany podwójnie zjonizowane, które czasami mogą rozpadać się w wyniku innego rozpadu Augera, tworząc tak zwaną kaskadę Augera . Jednak często stan podwójnie zjonizowany nie ma wystarczająco dużej energii, aby ponownie rozpaść się wewnątrzatomowo. W takich warunkach tworzenie kaskady rozpadu jest niemożliwe w izolowanych gatunkach, ale może zachodzić w klastrach, a kolejnym krokiem jest ICD. Tymczasem kaskada Auger-ICD została potwierdzona i zbadana eksperymentalnie.
• Wzbudzenie-transfer-jonizacja (ETI) to niepromienista ścieżka rozpadu wzbudzeń o zewnętrznej wartościowości w środowisku. Załóżmy, że zewnętrzny elektron walencyjny podjednostki klastra jest promowany na wirtualny orbital. W przypadku izolowanych gatunków to wzbudzenie może zwykle zanikać tylko powoli przez emisję fotonów. W klastrze istnieje dodatkowa, znacznie wydajniejsza ścieżka, jeśli próg jonizacji innego składnika klastra jest niższy niż energia wzbudzenia. Następnie nadmiar energii wzbudzenia jest przenoszony międzyatomowo (międzycząsteczkowo) w celu usunięcia elektronu o zewnętrznej wartościowości z innej podjednostki klastra o progu jonizacji niższym niż energia wzbudzenia. Zwykle ten międzyatomowy (międzycząsteczkowy) proces również zachodzi w ciągu kilku femtosekund.
• Rozpad za pośrednictwem transferu elektronów (ETMD) to niepromienista ścieżka rozpadu, w której wakat w atomie lub cząsteczce jest wypełniany przez elektron z sąsiedniego gatunku; elektron wtórny jest emitowany albo przez pierwszy atom/cząsteczkę, albo przez sąsiednie gatunki. Istnienie tego mechanizmu rozpadu zostało udowodnione eksperymentalnie w dimerach argonu oraz w mieszanych klastrach argonowo-kryptonowych.

Linki zewnętrzne

• Bibliografia ICD i zjawisk pokrewnych