ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по Химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.

 
Всё о Химии - Ximia.org

МЕЗОННАЯ ХИМИЯ


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


МЕЗОННАЯ ХИМИЯ (химия элементарных частиц), раздел химии, изучающий системы, в к-рых либо ядро атома заменено на др. положит. частицу (m+-мюон, позитрон), либо электрон заменен на др. отрицат. частицу (m--мюон, p- -мезон, К--мезон, S--гиперон, антипротон). Назв. М.х. возникло в 60-х гг. 20 в. в связи с исследованиями хим. р-ций, протекающих при взаимод. мюонов m+ (ранее относились к мезонам) с в-вом. С помощью М.х. получают данные о распределении электронной плотности, кристал-лич. и магн. структуре в-ва, механизме и скорости хим. р-ций. Наиб. исследованы атомные системы, включающие позитрон и мюон m+ .

При столкновении позитронов е+ с атомами в-ва в результате захвата позитроном электрона с определенной вероятностью, зависящей от св-в среды, образуется позитроний Ps-связанная система (е + е-), в к-рой электрон и позитрон обращаются относительно общего центра масс. Размер Ps 0,106 нм, потенциал ионизации 6,77 эВ, масса 1/920 массы атома Н. Позитроний может находиться в двух состояниях, отличающихся ориентацией спина электрона относительно спина е+: орто-позитроний со спином, равным 1 (аннигилирует на 3 g-кванта; время жизни в вакууме t = 1,4.10-7 с) и пара-позитроний со спином, равным 0 (аннигилирует на 2 g-кванта, t = 1,25.10-10 с); соотношение вероятностей образования 3:1. При взаимод. Ps со средой его время жизни уменьшается. Измерения величины t и углового распределения разлета у-квантов позволяет изучать типы взаимодействий: аннигиляция на "чужих" электронах, орто-пара-конверсия (взаимный переход орто- и пара-позитрония вследствие р-ций с парамагн. частицами), хим. р-ции Ps, аналогичные р-циям атома Н (напр., присоединение по кратной связи, замещение, окислит.-восстановит. процессы и т.п.). Ввиду малой массы Ps в его взаимод. важную роль играет туннельный эффект. Позитроний широко используется при исследованиях механизма и кинетики разнообразных хим. процессов в газах и конденсир. средах, при изучении фазовых переходов, диффузии, связанных состояний в атомно-молекулярных системах, включая полупроводниковые, ионные и полимерные материалы.

Захват электрона мюоном m+ приводит к образованию атома мюония Mu-водородоподобного атома, в к-ром центр. ядром вместо протона является m+. Радиус атомной орбиты Ми 0,0532 нм, потенциал ионизации 13,54 эВ, масса 1/9 массы атома Н. Как и позитроний, мюоний может находиться в орто- и пара состояниях. Основные измеряемые характеристики Мu-степень ориентации спина относительно оси квантования m+ (поляризация) и ее изменения во времени (релаксация), зависящие от хим. р-ций Ми. В магн. пoлях мюон m+ и орто-мюоний претерпевают ларморову прецессию спина (системы спинов) с частотами, отличающимися в 103 раза, что позволяет экспериментально идентифицировать хим. состояние частиц. Ядерно-физ. эталонами времени при исследовании скорости взаимод. мюония с в-вом являются частота квантовых переходов между энерге-тич. состояниями мюония (w0 = 2,804.1010 с-1) и постоянная распада мюона m+ l = 4,545.105 с-1, но отношению к к-рым измеряются абсолютные константы скорости реакций.

Мюоний применяется при исследованиях кинетики быстрых и сверхбыстрых физ.-хим. процессов, спин-решеточной релаксации в кристаллах, спин-обменных взаимод. в полупроводниках, сверхпроводимости и др. вопросов физ. химии и физики твердого тела.

Характерная методич. особенность применения Ps и Мu-наличие в исследуемом объеме в-ва лишь неск. этих частиц, т.е. пренебрежимо малая степень превращения исходной среды. Исследование протекающих процессов проводится, как правило, на уровне элементарных актов взаимодействия. Области использования систем Ps и Ми взаимно дополняют друг друга и позволяют изучать важнейшие типы р-ций атома Н.

Отрицательно заряженные частицы (мюон m-, p-, К--мезоны и др.) при торможении в среде образуют мезоатомы, в к-рых эти частицы играют роль "тяжелых" электронов. Образуясь первоначально в высоковозбужденных состояниях, мезоатомы в результате каскадных переходов при испускании g-квантов или оже-электронов переходят в основное состояние. Орбиты мезоатомов (их размер обратно пропорционален массе частицы) на 2-3 порядка меньше электронных орбит. При этом эффективный заряд ядра Z уменьшается на единицу, в результате чего мезоатом имеет электронную оболочку ядра Z-1. Т. обр., в принципе могут моделироваться атомы любых элементов, напр. при захвате и атомом Ne образуется мезоатом mF. Уникальны мезоатомы, состоящие из ядра водорода (протон, дейтрон, тритон) и отрицательно заряженной частицы, поскольку они являются нейтральными системами малого размера (напр., радиус мюонного атома водорода равен 2,56.10-11 см, а радиус пионного атома водорода - 1,94•10-11 см) и, подобно нейтронам, проникают внутрь электронных оболочек к ядрам, участвуя в разл. процессах. Так, напр., могут образоваться системы ddm и dtm, аналогичные мол. ионам водорода, в к-рых ядра вступают в р-ции "холодного" ядерного синтеза (dd3004-1.jpg3Не + п или dt3004-2.jpg4He + п)с высвобождением m-, осуществляющего послед. акты синтеза (мюонный катализ). Процессы захвата отрицательно заряженных частиц на мезоатомные орбиты и перехвата их др. атомами обусловлены строением электронной оболочки, что позволяет изучать структуру молекул и хим. р-ции мезоатомов.


===
Исп. литература для статьи «МЕЗОННАЯ ХИМИЯ»:
Кириллов-Угрюмов В. Г., Никитин Ю. П., Сергеев Ф. М., Атомы и мезоны, М., 1980; Гольданский В. И., Шантарович В. П., Современное состояние исследований "новых" атомов, в кн.: Физика XX века: развитие и перспективы, М., 1984, с. 136-87; Евсеев В. С., МамедовТ.Н., Рога-нов. B.C., Отрицательные мюоны в веществе, М., 1985. В.Г. Фирсов.

Страница «МЕЗОННАЯ ХИМИЯ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учителей, учеников, студентов и просто химиков