Nová molekula - Rydbergova

19. srpen 2009 | 06.00 |

Rydberg moleculePodstata chemických vazeb je založena na fyzikálních základech. Vědcům se nyní podařilo vytvořit molekulu, která dosud existovala pouze teoreticky. Rydbergova molekula je tvořena prchavými a extrémně slabými chemickými vazbami mezi dvěma atomy. Nový typ vazby nastává díky velké vzdálenosti elektronu od jádra jednoho z atomů. Objev molekuly podporuje základní kvantovou teorii o chování a interakci elektronů, kterou představil nositel Nobely ceny za fyziku Enrico Fermi.

Rydbergovy molekuly jsou tvořeny dvěma atomy rubidia – jedním Rydbergovým atomem a jedním "normálním" atomem. Pohyb a pozici elektronů v atomu je možné popsat během obíhání kolem jádra. Každá vrstva elektronů je dál a dál od jádra. Rydbergův atom je zvláštní, protože má jediný osamocený atom na nejvzdálenějším orbitalu.

V roku 1934 předpověděl Enrico Fermi, že pokud by se našel ještě jiný atom s takovýmto opuštěným elektronem, mohly by spolu interagovat. Fermi si však nikdy nedokázal představit, že by mohly vzniknout molekuly.
Vznik Rydbergových molekul předpověděl Chris Greene, teoretický fyzik z Coloradské univerzity.V 70. a 80. letech minulého století zjistil, že existuje potenciál pro silové pole mezi Rydbergovým atomem a atomem v základním stavu. Až nyní je však možné vytvořit takový chladný systém, ve kterém se dá nová molekula vytvořit.

Na vytvoření této molekuly je potřeba podle Very Bendkowské ze Sturtgardské univerzity, která vedla výzkum, nepředstavitelně nízké teploty. Jádra atomů musí být v přesné vzdálenosti od sebe, aby se elektronová pole mohla navzájem ovlivnit. Používá se tedy ultrastudený oblak rubidia – při jeho chlazení se atomy plynu přibližují.  Při teplotách velmi blízkých absolutní nule (–273 °C) – se dosáhne kritická vzdálenost mezi atomy asi 100 nanometrů. Pokud je jeden z atomů Rydbergův atom, vytvoří dva atomy Rydbergovu molekulu. 100 nanometrů je v porovnání s ostatními molekulami obrovská vzdálenost.
Rydbergův elektron představuje jakéhosi ovčáckého psa, který se rychle pohybuje kolem svého stáda a zahání každou unikající ovečku do jeho středu.

Vytlačení tohoto elektronu z jeho stabilní pozice a vytvoření Rydbergova atomu vyžadují energii. Do Rydbergova stavu se atomy dostávají pomocí laseru. Pokud je plyn se správnou hustotou a v něm dva atomy, které dokáží vytvořit molekulu, ve správné vzdálenosti a pokud se jeden z nich excituje do Rydbergova stavu, může vzniknout molekula.

Tento ultrastudený experiment je také ultrarychlý – nejdelší existující Rydbergova molekula přežila 18 mikrosekund. Fakt, že tyto částice je možné vytvořit a pozorovat aspoň krátkou dobu, je ale potvrzením dávných atomových teorií.

Greenova předpověď o Rydbergových molekulách byla inspirovaná jiným fyzikálním výzkumem oceněným Nobelovou cenou. Když v roce 1924 poslal Einsteinovi indický fyzik Satyendra Nath Bose teoretické výpočty o částicích, Einstein předpověděl, že pokud zchladíme plyn na velmi nízkou teplotu, atomy se dostanou do nejnižších možných energetických stavů, takže budou téměř zamrznuté a budou se chovat stejným a předvídatelným způsobem.

Je to určitým způsobem analogické s případem, když plyn kondenzuje a změní se na tekutinu. Když vědci dosáhli cíl Bose-Einsteinovy kondenzace chlazením a zachytáváním alkalických atomů, Green si uvědomil, že ultrastudenou fyziku je možné použít i na vytvoření molekul, které by za žádných jiných okolností nemohly existovat.

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.5 (2x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře