Kémiai szabályok sérülése alapvető bimolekuláris reakciók dinamikájában

Adatlap
Előadó: 
Dr. Czakó Gábor (Department of Chemistry, Emory University, Atlanta, GA, USA) - (ELTE Kémiai Intézet Molekulaspektroszkópiai Laboratórium)
Időpont: 
csü., 2011-12-15 16:00
Helyszín: 
062-es terem

Kémiai szabályok sérülése alapvető bimolekuláris reakciók dinamikájában
Czakó Gábor
Department of Chemistry, Emory University és ELTE Kémiai Intézet, Molekulaspektroszkópiai Laboratórium
Napjaink egyik központi kérdése, hogy miként lehet az energiát minél hatékonyabban felhasználni. Ha ezt a kérdést a legalapvetőbb atomi és molekuláris szinten vizsgáljuk, akkor azt tapasztaljuk, hogy azonos mennyiségű energiát egy adott kémiai reakció különböző hatékonysággal tud hasznosítani, pl. attól függően, hogy az energiát a reaktánsok haladó vagy belső (rezgő) mozgásába fektetjük be. „Atom-diatom” reakciók dinamikájának több évtizedes vizsgálata jól alkalmazható szabályokat eredményezett, amelyek alapján megjósolható, hogy a haladó vagy a rezgési mozgásba érdemes-e az energiát „befektetni” a nagyobb „haszon” (nagyobb reakciósebesség) érdekében. Ezeket az atom-diatom reakciókon alapuló szabályokat a Nobel-díjas, magyar származású kémikus, John Polanyi tiszteletére Polanyi szabályoknak nevezzük. Az elmúlt években több kísérleti cikk is megjelent a Science magazinban, melyek a Polanyi szabályok sérülését mutatták, amikor azokat az F + metán illetve a Cl + metán reakciókra próbálták alkalmazni [1, 2]. Ezen reakciók szimulációja nagy kihívást jelent az elmélet számára. Az egyik probléma a dinamikát irányító potenciális energia felület (PES) pontos meghatározása. Az előadásomban bemutatom, hogy milyen technikákat alkalmaztam globális 12-dimenziós PES-ek fejlesztésére, amelyek minden eddiginél pontosabb dinamikai számításokat tettek lehetővé, ezáltal engedve betekintést az F és Cl + metán reakciók meglepő dinamikájába [3-8]. Bemutatom, hogy egy pontos PES-en végzett kvázi-klasszikus trajektória számítások pontosan reprodukálhatnak kísérleti eredményeket, sőt azokat magyarázni és jósolni is képesek. Az elméleti eredmények jelentőségét jelzi, hogy az F + CHD3 reakció dinamikáját tárgyaló JACS cikket [4] 2009-ben a Science szerkesztői a tudományos közvélemény figyelmébe ajánlották, míg a Cl + metán cikket a Polanyi szabályok sérüléséről a Science magazin közli [8].
[1] W. Zhang, H. Kawamata, and K. Liu, Science 325, 303 (2009).
[2] S. Yan, Y.-T. Wu, B. Zhang, X.-F. Yue, and K. Liu, Science 316, 1723 (2007).
[3] G. Czakó, B. C. Shepler, B. J. Braams, and J. M. Bowman, J. Chem. Phys. 130, 084301 (2009).
[4] G. Czakó and J. M. Bowman, J. Am. Chem. Soc. 131, 17534 (2009).
[5] G. Czakó and J. M. Bowman, J. Chem. Phys. 131, 244302 (2009).
[6] G. Czakó, Q. Shuai, K. Liu, and J. M. Bowman, J. Chem. Phys. 133, 131101 (2010).
[7] G. Czakó and J. M. Bowman, Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 8306 (2011).
[8] G. Czakó and J. M. Bowman, Science in press (2011).