Rentgenová fotoelektronová spektroskopie byla původně technikou umožňující studium povrchů pevných látek. S její pomocí je možné odhalit složení dané látky, chemický i elektronový stav jednotlivých složek, umožňuje zároveň měřit kinetickou energii i počet elektronů. Postupně byla upravena také pro studium kapalin a přechodů mezi kapalinou a plynem zavedením tzv. mikronástřiků (microjets). Tato metoda tak byla využita např. pro studium vodných roztoků, roztoků acetonitrilu či alkoholických roztoků.
Vědci ze skupiny Pavla Jungwirtha z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR ve spolupráci s kolegy z Univerzity Jižní Kalifornie (USA), Matematicko-fyzikální fakulty UK (Česko), Helmholtzova centra pro materiály a energii a Institutu Fritze Habera (Německo) využili nyní tuto metodu ke studiu vlastností kapalného čpavku. Ten se běžně používá jako rozpouštědlo např. v organické chemii, kde je znám především tím, že podporuje existenci dlouhodobě (i několik měsíců) solvatovaných vysoce redukujících elektronů. Ač se může zdát, že o této čtyřatomové molekule toho víme poměrně hodně, podařilo se mezinárodnímu týmu odhalit další zajímavé informace, které nyní publikovali jako Communication v prestižním vědeckém časopisu Journal of the American Chemical Society (JACS).
Vědci tak poprvé využili rentgenovou fotoelektronovou spektroskopii s mikronástřiky do vakua ke studiu vlastností kapalného čpavku při nízkých teplotách (-60°C) a jeho přechodu z fáze kapalné do plynné. Aparatura pro toto unikátní měření byla vyvinuta přímo na ÚOCHB, vlastní experimenty pak byly provedeny na synchrotronu BESSY II v Berlíně.
Vědci změřili energie jak valenčních, tak i vnitřních elektronů amoniaku, a zaznamenali rozdíl v elektronových energiích amoniaku v plynné a kapalné fázi, který lze přičíst existenci vodíkových můstků přítomných v kapalné fázi. Experimentální data navíc přesvědčivě podpořily kvantově chemické dynamické výpočty na modelu čpavku jak v plynné tak v kapalné fázi.
Tento výzkum je přímo využitelný k předpovědi chování a využití amoniaku jakožto rozpouštědla podporujícího existenci dlouhodobě solvatovaných vysoce redukujících elektronů. Využit může být také pro studium reakcí probíhajících i v jiných zkapalněných plynech a odhalit tak další zajímavé informace.
Článek
- Tillmann Buttersack, Philip E. Mason, Ryan S. McMullen, Tomas Martinek, Krystof Brezina, Dennis Hein, Hebatallah Ali, Claudia Kolbeck, Christian Schewe, Sebastian Malerz, Bernd Winter, Robert Seidel, Ondrej Marsalek, Pavel Jungwirth, Stephen E. Bradforth. Valence and Core-Level X-ray Photoelectron Spectroscopy of a Liquid Ammonia Microjet. Journal of the American Chemical Society 141 (5): 1838–1841, 2019.
Čtěte dále...
