17 feb. 1999
1 minuut
Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam ontdekten dat gelijksoortige moleculen samenwerken om een overschot aan trillingsenergie snel kwijt te raken. Wanneer de moleculen iets van elkaar verschillen, doordat sommigen zwaardere atoomkernen hebben, verdwijnt dit samenwerkingseffect. FOM-postdoc Danny Shaw en FOM-oio Matthijs Panman publiceerden er samen met hun supervisor Sander Woutersen een artikel over in Physical Review Letters.
De bindingen tussen atomen in een molecuul kunnen zich gedragen als kleine veertjes, die kunnen trillen. Zulke moleculaire trillingen ontstaan bijvoorbeeld tijdens een chemische reactie waarbij warmte vrijkomt. Tijdens zo’n reactie wordt een overschot aan energie eerst omgezet in een hoogfrequente moleculaire trilling, die vervolgens uitdooft. Tijdens dit proces wordt de trillingsenergie omgezet in warmte.
Shaw en Panman hebben van een paar veelgebruikte vloeistoffen, waaronder alcohol, gemeten hoe lang het uitdoven van zo’n trilling duurt. Het blijkt dat de moleculaire trillingen in minder dan een biljoenste seconde zijn uitgedoofd. Het verrassende is dat de moleculen blijken samen te werken om hun trillingsenergie zo snel kwijt te raken. Dit samenwerken gebeurt alleen tussen gelijksoortige moleculen, in een onverdunde vloeistof: ze merken als het ware elkaars aanwezigheid. Wanneer je een deel van de vloeistofmoleculen vervangt door precies hetzelfde type moleculen met net iets zwaardere atoomkernen (een verdund isotopenmengsel), verdwijnt het samenwerkingseffect, en hebben de moleculen ineens twee keer zoveel tijd nodig om hun trillingsenergie kwijt te raken.
Deze resultaten laten zien dat het voor het bestuderen van moleculaire processen in een simpele vloeistof als alcohol van belang is of het gaat om gewone alcohol of een isotopenmengsel. Gewone vloeistoffen gedragen zich anders dan op grond van experimenten met isotopenmengsels werd aangenomen.
Referentie
‘Evidence for Cooperative Vibrational Relaxation of the NH-, OH-, and OD-Stretching Modes in Hydrogen-Bonded Liquids Using Infrared Pump-Probe Spectroscopy’, Danny Shaw, Matthijs R. Panman and Sander Woutersen, Phys. Rev. Lett. 103, 227401 (2009).