عرض المشاركات
1561
منتدى علم الكيمياء / استعمال اشعة الليزر في الكيمياء
« في: نوفمبر 21, 2002, 11:06:27 مساءاً »
السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
ان كلمة ليزر هي كلمة مركبة من الحرف الاول لكل من الكلمات التالية: light amplification by stimulated emassion of radiation والتي تعني الضوء المضخم الناتج عن اصدار الاشعة المحفزة. ولقد ادى اكتشاف هذه الاشعة ذات الطاقة الواحدة والكثافة المرتفعة جدا الى استعمالها في مجالات عديدة من الكيمياء. فيما يلي بعض الخصائص الرئيسية لاشعة الليزر والتي يجب اخذها بعين الاعتبار عند استعمال هذه الاشعة:
1- وحيدة الطاقة: مما ساعد على اختيار مستويا امتصاص الطاقة في الجزيئات ومن التحكم بنزع الطاقة.
2- محتوي الطاقة المرتفع: حيث اننا نجد ان اشعة الليزر هي الوحيدة التي تحتوي على طاقة مرتفعة في جميع الترددات. كما تتميز بكثافة تدفق مرتفعة جدا, بحيث يمكنها احداث التغيرات او التحولات الكيميائية. كذلك فإن اشعة الليزر تساعد على ملء مستويات الطاقة التي يتعذر الانتقال اليها بما في ذلك انتقال العديد من الفوتونات. كذلك فإنها تساعد على تحويل المواد المتفاعلة الى مواد ناتجة في التفاعل الكيميائي.
3- وجود نبضات قصيرة جدا: وفي مجال النانو ثانية (10^ 9- من الثانية) وبيكو ثانية (10^ 12- من الثانية) واجزائها.
4- نوعية حزمة الاشعة الجيدة: والتي من شلأنها ان تضمن الاتجاهات المحددة.
لذا فمن الممكن الحفاظ على خط سير هذه الاشعة لمسافات بعيدة وكذلك القدرة على تركيزها بأكبر نسبة.
تستعمل اشعة الليزر في المجالات التالية:
1- التفاعلات بين الجزيئات اذا اخذنا التفاعلات التالية
ليزر
A + BC ---> AB + C
او:
ليزر
AB + CD ---> AC + BD
فأنه من الممكن استعمال اشعة الليزر لاختيار بعض الحالات او المستويات الداخلية للمواد المتفاعلة والناتجة. كما انه من الممكن استخدام الليزر لمعرفة سرعة تشكل المواد المنتجة. ويمكن ايضا الحصول على سرعة المعدل للتفاعل.
2- دراسات الحزم الجزيئية: ان خير مثال للتفاعلات التي تتم بواسطة الليزر, تفاعل الحزم المتقاطعة:
K + HCl ---> KCl + H
فلقد امكن الحصول على كلوريد البوتاسيوم, عند اصطدام حزمة من ذرات البوتاسيوم مع حزمة من كلوريد الهيدروجين في مستوى الطاقة الاهتزازية المهيجة الاولى, والتي من شأنها ان تزيد معدل انتاج كلوريد البوتاسيوم بكمية مضاعفة, عما لو كان كلوريد الهيدروجين في الحالة الاهتزازية المستقرة. كما امكن الفصل الدوراني لثابت المعدل K وقياسه لاستعمال الليزر.
3- ان ابسط هذه التفاعلات هي من النوع A + BC---> AB +C كما هي الحال في تفاعل الهيدروجين: H' + H2 ---> H'H + H
وبما ان سطح جهد الطاقة لهذا التفاعل معروف فإن ذلك يعتبر مثاليا لمقارنة النتائج التجريبية مع النظرية. ومما يجدر ذكره ان مستويات الطاقة الاهتزازية تعتبر مهمة في هذا المجال, وكذلك التبديل النظائري الذي يساعد على مراقبة وتتبع التفاعل. كما وتستعمل اشعة الليزر للحصول على معلومات عن الية او حركية المركبات المعقدة وتفاعلها, وذلك عن طريق استخدام النظائر.
التهيج الالكتروني للجزيئات متعددة الذرات:
تحدث الانتقالات الالكترونية للجزيئات متعددة الذرات في مجال الاشعة المرئية وفوق البنفسجية. فاذا تم تنشيط الجزيء نتيجة امتصاص فوتون واحد فانه من الممكن التغلب على حاجز الطاقة, وبالتالي امكانية حدوث التفاعل الكيميائي. هذا وتستعمل التحولات الكيميائية, نتيجة امتصاص الطاقة على شكل فوتونات, والتي تسمى بالتحولات الكيميائية الفوتونية في العديد من التفاعلات الكيميائية. ومن الممكن استخدام اشعة الليزر في هذا المجال والتي تؤدي الى تهيج الجزيء الى احدى الحالات الثلاث التالية:
1- التفكك الفوتوني: حيث يؤدي الى انقسام او تفكك الجزيء نتيجة امتصاصه للفوتون وانتقاله الى الحالة الجزيئية النافرة.
2- التهيج الفوتوني الى مرحلة ما قبل التفكك: وتتمثل هذه الحالة بتهيج الجزيء الى حالة يكون فيها المستوى الرابط متقاطعا مع المستوى النافر.
3- التهيج الفوتوني الى مستو مستقر رابط: تلعب طرق استخدام اشعة الليزر دورا رئيسيا في ايضاح العمليات الفوتوفيزيائية والفوتوكيميائية, التي تتعرض لها الجزيئات, ويعود السبب في ذلك الى العدد الكبير من الجزيئات المهيجة نتيجة الكثافة المرتفعة للاشعة مع تحديد الطاقة التي تشملها هذه التغيرات, مما يجدر ذكره في هذا المجال بأن اشعة الليزر تعتبر الوحيدة التي تمتلك صفات النقاوة والكثافة العالية الى جانب قوة الفصل الكبيرة.
وتستعمل اشعة الليزر الكثيفة جدا في مجال التحكم في تفاعلات الانصهار النووية, والحصول على وسط ايوني, كذلك يستعمل الليزر في دراسة تلوث الهواء والكشف عن المواد او الغازات الموجودة والمسببة للتلوثات.
ويحد من استعمال اشعة اليزر ما يرافقها من الاخطار. لذلك فانه يجب معرفة الاخطار وتجنبها مثل طلي اليدين بمراهم معينة لتجنب الحروق, وعدم التعرض لانعكاس هذه الاشعة عبر المرايا او اي من السطوح العاكسة ووضع نظارات واقية, كذلك فان اشعة الليزر تسبب تبخر العديد من المركبات الكيميائية نتيجة تكسيرها وبالتالي تلويث الهواء بهذه المواد. هذا واتخاذ وسائل السلامة والوقاية المختلفة ضروري جدا عند العمل في اشعة الليزر.
ان كلمة ليزر هي كلمة مركبة من الحرف الاول لكل من الكلمات التالية: light amplification by stimulated emassion of radiation والتي تعني الضوء المضخم الناتج عن اصدار الاشعة المحفزة. ولقد ادى اكتشاف هذه الاشعة ذات الطاقة الواحدة والكثافة المرتفعة جدا الى استعمالها في مجالات عديدة من الكيمياء. فيما يلي بعض الخصائص الرئيسية لاشعة الليزر والتي يجب اخذها بعين الاعتبار عند استعمال هذه الاشعة:
1- وحيدة الطاقة: مما ساعد على اختيار مستويا امتصاص الطاقة في الجزيئات ومن التحكم بنزع الطاقة.
2- محتوي الطاقة المرتفع: حيث اننا نجد ان اشعة الليزر هي الوحيدة التي تحتوي على طاقة مرتفعة في جميع الترددات. كما تتميز بكثافة تدفق مرتفعة جدا, بحيث يمكنها احداث التغيرات او التحولات الكيميائية. كذلك فإن اشعة الليزر تساعد على ملء مستويات الطاقة التي يتعذر الانتقال اليها بما في ذلك انتقال العديد من الفوتونات. كذلك فإنها تساعد على تحويل المواد المتفاعلة الى مواد ناتجة في التفاعل الكيميائي.
3- وجود نبضات قصيرة جدا: وفي مجال النانو ثانية (10^ 9- من الثانية) وبيكو ثانية (10^ 12- من الثانية) واجزائها.
4- نوعية حزمة الاشعة الجيدة: والتي من شلأنها ان تضمن الاتجاهات المحددة.
لذا فمن الممكن الحفاظ على خط سير هذه الاشعة لمسافات بعيدة وكذلك القدرة على تركيزها بأكبر نسبة.
تستعمل اشعة الليزر في المجالات التالية:
1- التفاعلات بين الجزيئات اذا اخذنا التفاعلات التالية
ليزر
A + BC ---> AB + C
او:
ليزر
AB + CD ---> AC + BD
فأنه من الممكن استعمال اشعة الليزر لاختيار بعض الحالات او المستويات الداخلية للمواد المتفاعلة والناتجة. كما انه من الممكن استخدام الليزر لمعرفة سرعة تشكل المواد المنتجة. ويمكن ايضا الحصول على سرعة المعدل للتفاعل.
2- دراسات الحزم الجزيئية: ان خير مثال للتفاعلات التي تتم بواسطة الليزر, تفاعل الحزم المتقاطعة:
K + HCl ---> KCl + H
فلقد امكن الحصول على كلوريد البوتاسيوم, عند اصطدام حزمة من ذرات البوتاسيوم مع حزمة من كلوريد الهيدروجين في مستوى الطاقة الاهتزازية المهيجة الاولى, والتي من شأنها ان تزيد معدل انتاج كلوريد البوتاسيوم بكمية مضاعفة, عما لو كان كلوريد الهيدروجين في الحالة الاهتزازية المستقرة. كما امكن الفصل الدوراني لثابت المعدل K وقياسه لاستعمال الليزر.
3- ان ابسط هذه التفاعلات هي من النوع A + BC---> AB +C كما هي الحال في تفاعل الهيدروجين: H' + H2 ---> H'H + H
وبما ان سطح جهد الطاقة لهذا التفاعل معروف فإن ذلك يعتبر مثاليا لمقارنة النتائج التجريبية مع النظرية. ومما يجدر ذكره ان مستويات الطاقة الاهتزازية تعتبر مهمة في هذا المجال, وكذلك التبديل النظائري الذي يساعد على مراقبة وتتبع التفاعل. كما وتستعمل اشعة الليزر للحصول على معلومات عن الية او حركية المركبات المعقدة وتفاعلها, وذلك عن طريق استخدام النظائر.
التهيج الالكتروني للجزيئات متعددة الذرات:
تحدث الانتقالات الالكترونية للجزيئات متعددة الذرات في مجال الاشعة المرئية وفوق البنفسجية. فاذا تم تنشيط الجزيء نتيجة امتصاص فوتون واحد فانه من الممكن التغلب على حاجز الطاقة, وبالتالي امكانية حدوث التفاعل الكيميائي. هذا وتستعمل التحولات الكيميائية, نتيجة امتصاص الطاقة على شكل فوتونات, والتي تسمى بالتحولات الكيميائية الفوتونية في العديد من التفاعلات الكيميائية. ومن الممكن استخدام اشعة الليزر في هذا المجال والتي تؤدي الى تهيج الجزيء الى احدى الحالات الثلاث التالية:
1- التفكك الفوتوني: حيث يؤدي الى انقسام او تفكك الجزيء نتيجة امتصاصه للفوتون وانتقاله الى الحالة الجزيئية النافرة.
2- التهيج الفوتوني الى مرحلة ما قبل التفكك: وتتمثل هذه الحالة بتهيج الجزيء الى حالة يكون فيها المستوى الرابط متقاطعا مع المستوى النافر.
3- التهيج الفوتوني الى مستو مستقر رابط: تلعب طرق استخدام اشعة الليزر دورا رئيسيا في ايضاح العمليات الفوتوفيزيائية والفوتوكيميائية, التي تتعرض لها الجزيئات, ويعود السبب في ذلك الى العدد الكبير من الجزيئات المهيجة نتيجة الكثافة المرتفعة للاشعة مع تحديد الطاقة التي تشملها هذه التغيرات, مما يجدر ذكره في هذا المجال بأن اشعة الليزر تعتبر الوحيدة التي تمتلك صفات النقاوة والكثافة العالية الى جانب قوة الفصل الكبيرة.
وتستعمل اشعة الليزر الكثيفة جدا في مجال التحكم في تفاعلات الانصهار النووية, والحصول على وسط ايوني, كذلك يستعمل الليزر في دراسة تلوث الهواء والكشف عن المواد او الغازات الموجودة والمسببة للتلوثات.
ويحد من استعمال اشعة اليزر ما يرافقها من الاخطار. لذلك فانه يجب معرفة الاخطار وتجنبها مثل طلي اليدين بمراهم معينة لتجنب الحروق, وعدم التعرض لانعكاس هذه الاشعة عبر المرايا او اي من السطوح العاكسة ووضع نظارات واقية, كذلك فان اشعة الليزر تسبب تبخر العديد من المركبات الكيميائية نتيجة تكسيرها وبالتالي تلويث الهواء بهذه المواد. هذا واتخاذ وسائل السلامة والوقاية المختلفة ضروري جدا عند العمل في اشعة الليزر.