Perilaku Muonik Menyamarkan Helium Nampak Seperti Hidrogen

Tinuku
News KeSimpulan.com - Atom membuat helium terlihat seperti hidrogen. Prestasi alkimia modern, kita telah tertipu ikatan atom hidrogen dan atom helium padahal sama.

Penyamaran perilaku atom secara kimiawi dilakukan seperti hidrogen, tetapi memiliki empat kali massa hidrogen normal sehingga prediksi untuk berapa massa atom mempengaruhi laju reaksi yang akan diuji. Sebuah atom helium terdiri dari sebuah inti yang mengandung dua proton bermuatan positif dan dua neutron, dikelilingi oleh dua elektron yang mengorbit dan membawa muatan negatif. Sebuah atom hidrogen hanya memiliki satu proton dan satu elektron.

Donald Fleming, kimiawan dari University of British Columbia di Vancouver, Kanada, dan Donald Truhlar, kimiawan dari University of Minnesota di Minneapolis, bersama rekannya berhasil menyamarkan sebuah atom helium sebagai atom hidrogen dengan mengganti salah satu elektron yang mengorbit dengan muon, jauh lebih berat daripada elektron.

Karena sangat berat, muon duduk 200 kali lebih dekat ke inti helium daripada elektron yang telah diganti dan membatalkan salah satu muatan positif inti tersebut. Elektron yang tersisa kemudian berperilaku seolah-olah mengorbit inti dengan hanya satu muatan positif, seperti elektron dalam atom hidrogen. Perbedaannya adalah bahwa inti adalah 4,1 kali lebih berat dari biasanya.

Fleming dan rekan-rekannya menggunakan "hidrogen super-berat" ini untuk menguji efek massa reaksi kimia. Sebuah atom hidrogen tunggal dapat membentuk molekul hidrogen baru dengan mencuri salah satu dari dua atom molekul hidrogen yang sudah ada, tetapi harus ada energi yang cukup tersedia untuk memecah ikatan molekul yang ada bersama-sama.

Menurut mekanika kuantum, tidak selalu diperlukan untuk memanjat hambatan energi ini, sebagai gantinya, partikel dapat melalui "tunnel" untuk menembusnya. Tetapi bagi partikel-partikel yang lebih berat menjadi semakin sulit untuk melewati terowongan, sehingga jarang terjadi reaksi pertukaran mitra.

Dua isotop hidrogen (mengandung satu atau dua neutron dan dua atau tiga kali massa hidrogen normal) bisa untuk menguji. Bahkan suatu isotop lebih berat (tiga neutron) dapat eksis tetapi terlalu cepat membusuk. Helium Muonik (memiliki massa yang sama seperti isotop tersebut), berlangsung cukup lama untuk bereaksi dengan molekul hidrogen.

Fleming menembak muon yang diproduksi pada akselerator TRIUMF di Vancouver ke dalam kabut helium (molekul hidrogen dan amonia). Atom helium menangkap muon, lalu menarik atom hidrogen dari molekul hidrogen dan terikat dengan mereka.

Tim ini membandingkan berapa lama hal ini berlangsung dengan laju reaksi yang sama dengan menggunakan hidrogen normal, dan dengan laju reaksi yang dicatat pada tahun 1987 ketika menggunakan jenis hidrogen ultra-ringan yang disebut muonium. Kimiawan membuat molekul ini dengan mengganti proton dalam atom hidrogen dengan sebuah antimuon (mitra antimateri muon bermuatan positif). Seperti yang diprediksi, reaksi menyamar helium berlangsung paling lambat, diikuti oleh hidrogen normal, kemudian hidrogen ringan. Prediksi sempurna perhitungan kuantum mekanik.

Perubahan sistem fisika dengan waktu yang dapat (secara teori) diprediksi dari keadaan kuantum partikel. Umunya reaksi melibatkan partikel yang terlalu banyak untuk diaplikasikan, tetapi Truhlar mengatakan reaksi hidrogen menjadi sangat sederhana.

Millard Alexander, kimiawan dari University of Maryland di College Park mengatakan pengujuan para peneliti sebagai "kimia nuklir sangat seksi."
  1. Donald G. Fleming, Donald J. Arseneau (TRIUMF and Department of Chemistry, University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada V6T 1Z1); Oleksandr Sukhorukov (TRIUMF and Department of Chemistry, University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada V6T 1Z1; Department of Chemistry, University of Alberta, Edmonton, Alberta, Canada T6G 2G2); Jess H. Brewer (Department of Physics, University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada V6T 1Z1); Steven L. Mielke, Donald G. Truhlar (Department of Chemistry and Supercomputing Institute, University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455–0431, USA); George C. Schatz (Department of Chemistry, Northwestern University, Evanston, IL 60208–3113, USA); Bruce C. Garrett (Chemical and Material Sciences Division, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA 99352, USA); Kirk A. Peterson (Department of Chemistry, Washington State University, Pullman, WA 99164–4630, USA). Kinetic Isotope Effects for the Reactions of Muonic Helium and Muonium with H2, Science, 28 January 2011: Vol.331 no.6016 pp.448-450 DOI:10.1126/science.1199421
Donald Fleming http://www.chem.ubc.ca/personnel/faculty/fleming/index.shtml
Donald Truhlar http://comp.chem.umn.edu/truhlar/
Millard Alexander http://www2.chem.umd.edu/groups/alexander/
Tinuku Store

No comments:

Post a Comment