Путь преобразования структуры разрушающей озоновый слой молекулы при взаимодействии со светом засняли с помощью ультрабыстрой визуализации.

Понимание того, как протекают эти сверхбыстрые химические реакции на атомном уровне, важно для управления их воздействием и снижения возможного ущерба.

Бромоформ — модельная система, которая помогает понять, как электроны и атомы взаимодействуют для запуска химической реакции, — говорит Оливер Гесснер из Национальной лаборатории имени Лоренса Беркли.

Учёные уже несколько десятилетий изучают УФ-фотохимию бромоформа. Это соединение разрушает озон в атмосфере Земли и производится фитопланктоном и морскими водорослями.

Под воздействием ультрафиолета бромоформ претерпевает два процесса: диссоциацию (отделение атома брома от остальной молекулы) и изомеризацию (перестройку атомов в другую конфигурацию).

Гесснер, руководитель программы атомных, молекулярных и оптических наук в отделе химических наук Лаборатории Беркли, говорит, что некоторые наблюдали признаки этого изомера, но они были слишком кратковременными для доказательства. Различные теории по-разному предсказывают долю бромоформа, образующегося каждым путём.

В исследовании, опубликованном в Journal of the American Chemical Society, Гесснер и его коллеги разработали эксперимент, который подтвердил образование изомеров и определил долю диссоциирующих молекул бромоформа и долю образующихся изомеров.

Исследователи возбудили молекулы бромоформа с помощью ультрафиолетового света (длина волны 267 нанометров). Затем они получили изображение возбуждённых молекул с помощью прибора для дифракции электронов в Национальной ускорительной лаборатории SLAC.

Молекулы за несколько сотен фемтосекунд решают, в какую сторону им двигаться, поэтому мы должны были действовать быстрее, — говорит Гесснер.

Исследователи изучили, как меняются расстояния между атомами в молекулах бромоформа с течением времени. Они сделали это, измерив расстояния по электронным изображениям.

Оказалось, что 60% молекул бромоформа претерпели изомеризацию в течение первых 200 фемтосекунд после возбуждения и оставались в этом состоянии на протяжении всего эксперимента длительностью 1,1 пикосекунды. Остальные 40% бромоформы подверглись прямой диссоциации.

Гесснер отметил, что было интересно увидеть именно ту конфигурацию, которую предсказывали для этого изомера.

Исследование важно для понимания фотохимии бромоформа и фотохимических реакций, вызванных ультрафиолетовым излучением. Последовательность химических путей влияет на конечные продукты реакции, — говорит Гесснер.

Контрольные измерения скорости образования изомера позволяют уточнить теории о реакциях и их продуктах. Исследование также показывает, что сверхбыстрая техника даёт чёткие ответы на вопросы о скорости образования и времени жизни изомеров. Это мощный инструмент, по словам Гесснера.