Moleculen botsen beheerst op elkaar

Moleculen botsen beheerst op elkaar - De Ingenieur
http://www.deingenieur.nl/nl/nieuws/19890/moleculen-botsen...
ZONDAG 12 MEI 2013
Doorzoek de site
Moleculen botsen beheerst op elkaar
Deeltjes verliezen snelheid in deeltjesvertrager
dinsdag 27 november 2012
Voor het eerst laten onderzoekers moleculen zo beheerst op elkaar botsen dat kwantummechanische effecten meetbaar zijn. Ze
doen dit met een apparaat dat deeltjes afremt.
Jim Heirbaut
Foto's: Ludwig Scharfenberg
Botsingen tussen moleculen komen op allerlei plekken voor, bijvoorbeeld in de industrie bij het maken van chemische stoffen. Ook ver weg van de
aarde, in de zogeheten interstellaire ruimte, vinden dit soort interacties plaats.
Om dergelijke moleculaire botsingsprocessen goed te kunnen bestuderen proberen natuurkundigen deeltjes op gecontroleerde wijze met elkaar te
laten botsen.
Dat is geen gemakkelijke taak, aangezien moleculen verschillende vrijheidsgraden hebben: naast hun voortplantingsbeweging kunnen ze ook
roteren en vibreren.
Tot nu toe werden experimenten alleen gedaan met botsingen tussen gecontroleerde moleculen en atomen. Dat is eenvoudiger, omdat een atoom
een overzichtelijke structuur heeft.
INTERACTIE
Als twee moleculen op elkaar botsen, is de interactie heel lastig te beschrijven, zelfs wanneer de deeltjes uit slechts twee atomen bestaan.
‘Je hebt dan twee keer een ingewikkelde elektronische structuur en daardoor lukt het nog niet om dit goed theoretisch te beschrijven’, zegt dr. Bas
van de Meerakker van de Radboud Universiteit Nijmegen.
Samen met collega’s van het Fritz-Haber-Institut in Berlijn en het Institute of Atomic and Molecular Sciences in Taipei bekeken Van de Meerakker en
zijn Nijmeegse collega’s botsingen tussen twee relatief eenvoudige moleculen, zo melden ze in het tijdschrift Science.
Ze lieten de zogeheten radicalen OH en NO op elkaar knallen. Omdat bij een radicaal in de buitenste schil een elektron ontbreekt of te veel is, willen
deze moleculen graag een reactie aangaan.
Deingenieur.nl maakt gebruik van cookies. Klik hier voor meer informatie
1 of 3
Sluiten
05/12/2013 12:46 AM
Moleculen botsen beheerst op elkaar - De Ingenieur
http://www.deingenieur.nl/nl/nieuws/19890/moleculen-botsen...
Illustratie: Kirste et al.
De cruciale stap hierbij was het compleet onder controle brengen van de moleculen voor de botsing, dus zowel hun bewegingssnelheid als hun
rotatie- en vibratiebeweging. Dat is noodzakelijk, omdat alleen dan de kwantummechanische effecten zichtbaar worden waarin de onderzoekers zijn
geïnteresseerd.
De OH-moleculen komen daarom uit een zogeheten decelerator, een apparaat dat het best te omschrijven is als een deeltjesvertrager – analoog
aan de veel bekendere deeltjesversneller.
‘Hij werkt op een soortgelijke manier’, vertelt Van de Meerakker, ‘maar in plaats van elk molecuul steeds een duwtje in de rug te geven, laten we elk
deeltje heel vaak achter elkaar tegen een denkbeeldig heuveltje oprennen, zodat het steeds langzamer gaat. Het is echt molecuultje pesten.’
HOOGSPANNING
De 2,6 m lange deeltjesvertrager bestaat uit 316 elektrodenparen die zich op een onderlinge afstand van 8,25 mm bevinden. De gebundelde
moleculen bewegen zich door het hart van deze elektroden.
Elke keer wanneer een molecuul naar een elektrodenpaar toe beweegt, komt dat onder een hoogspanning van 40 kV te staan. Is het deeltje er net
voorbij, dan loopt de spanning op deze elektrode terug naar nul. Nu staat de eerstvolgende elektrode op 40 kV, enzovoort.
‘Zo kunnen we de moleculen de gewenste snelheid meegeven, van stilstand tot een hoge snelheid’, zegt Van de Meerakker. ‘Het lastige is dat we
werken met ongeladen deeltjes. De moleculen hebben wel een dipoolmoment, maar daarmee zijn ze negen ordegroottes minder gevoelig voor een
potentiaalverschil. Vandaar dat er enorme elektrische velden nodig zijn.’ Om ontlading te voorkomen zijn alle elektroden extreem glad gepolijst.
De OH-moleculen die uit de vertrager komen, botsen onder een hoek van 90 ° op de NO-moleculen. De snelheid van de OH’s is in te stellen tussen
200 en 750 m/s. Na de botsing vliegen de deeltjes door laserbundels, waaruit is af te leiden wat er met de moleculen is gebeurd.
‘We hebben de energie van de botsingen gevarieerd en zien dat bij verschillende energieën de moleculen er roterend met verschillende
rotatiesnelheden uitkomen. Deze resultaten komen weer heel aardig overeen met het model van mijn Nijmeegse collega’s, kwantumchemici
prof.dr.ir. Gerrit Groenenboom en em.prof.dr.ir. Ad van der Avoird.’
Uiteindelijk moet dit ook meer inzicht geven in de botsingen van andere, ingewikkeldere moleculen. 'Hiermee zijn wellicht op fundamentele wijze
verbrandingsprocessen beter te begrijpen, die ook vaak gebaseerd zijn op het botsen van radicalen.’
LINKS
Kennislink schreef ook uitgebreid over de molecuulbotsingen
Van de Meerakker werkte eerder aan een opslagring voor molecuulbundels
Vind ik leuk
2 of 3
7
Tweeten
6
0
Deingenieur.nl maakt gebruik van cookies. Klik hier voor meer informatie
Sluiten
05/12/2013 12:46 AM
Moleculen botsen beheerst op elkaar - De Ingenieur
http://www.deingenieur.nl/nl/nieuws/19890/moleculen-botsen...
Gerelateerd nieuws
Botsende molecuulbundels 29-11-2010
Laserstraal kan materie verplaatsen 27-09-2010
Gerelateerde artikelen
‘Gesubsidieerde groene stroom hindert markt’ nr. 2/2013
‘Crisiscommunicatie vereist maatwerk’ nr. 20/2012
Dubbel energie-eiland in Noordzee nr. 14/2012
Nieuwsbrief
Blijf via onze nieuwsbrief op de hoogte van het laatste technieknieuws Vul hier uw e-mailadres in
bevestigen
Producten
Heisenberg
Prijs: € 32,50
Onmogelijke natuurkunde
Prijs: € 9,95
Bohr
Prijs: € 14,95
direct bestellen
direct bestellen
direct bestellen
©2013 De Ingenieur
privacy- en cookiebeleid
Deingenieur.nl maakt gebruik van cookies. Klik hier voor meer informatie
3 of 3
Sluiten
05/12/2013 12:46 AM