إكسيمر
الإكسيمر (اختصارًا لـ "دايمر مُثار ") هو جزيء متعدد الذرات قصير العمر، يتكون من ذرتين لا تُشكلان جزيئًا مستقرًا في الحالة الأرضية. في هذه الحالة، لا يُمكن تكوين الجزيئات إلا إذا كانت إحدى الذرات في حالة إثارة إلكترونية . [ 1 ] تُسمى الجزيئات غير المتجانسة والجزيئات التي تحتوي على أكثر من ذرتين أيضًا بجزيئات الإكسيبلكس (اختصارًا لـ "مركب مُثار "). غالبًا ما تكون الإكسيمرات ثنائية الذرات، وتتكون من ذرتين أو جزيئين لا يرتبطان إذا كان كلاهما في الحالة الأرضية . عمر الإكسيمر قصير جدًا، في حدود النانوثانية .
التكوين والتحلل
وفقًا لنظرية المدارات الجزيئية ، تحتوي الجزيئات في حالتها الأرضية النموذجية على إلكترونات في أدنى مستويات الطاقة الممكنة. وبحسب مبدأ باولي ، لا يمكن أن يشغل مدارٌ معين أكثر من إلكترونين، وإذا احتوى المدار على إلكترونين، فلا بد أن يكونا في حالتي دوران متعاكستين . يُسمى أعلى مدار جزيئي مشغول بـ HOMO، وأدنى مدار جزيئي غير مشغول بـ LUMO؛ وتُعرف فجوة الطاقة بين هاتين الحالتين بفجوة HOMO-LUMO . إذا امتص الجزيء ضوءًا طاقته تساوي هذه الفجوة، فقد ينتقل إلكترون من HOMO إلى LUMO. تُسمى هذه الحالة بالحالة المثارة للجزيء .
لا تتشكل الإكسيمرات إلا عندما يكون أحد مكونات الدايمر في حالة إثارة. وعندما يعود الإكسيمر إلى حالته الأرضية، تتفكك مكوناته وغالبًا ما تتنافر. ويكون طول موجة انبعاث الإكسيمر أطول (طاقة أقل) من طول موجة انبعاث المونومر المُثار . ولذلك، يمكن قياس الإكسيمر عن طريق الانبعاثات الفلورية.
بما أن تكوين الإكسيمر يعتمد على تفاعل جزيئي ثنائي ، فإنه يتعزز بوجود كثافة عالية من المونومرات. أما في ظروف الكثافة المنخفضة، فتنتج مونومرات مثارة تتحلل إلى الحالة الأرضية قبل أن تتفاعل مع مونومر غير مثار لتكوين الإكسيمر.
ملاحظة الاستخدام
يُستخدم مصطلح الإكسيمر (ثنائي الوحدات في الحالة المثارة) بدقةٍ متناهيةٍ للإشارة إلى الحالات التي يتشكل فيها ثنائي حقيقي؛ أي أن كلا مكوني الثنائي هما نفس الجزيء أو الذرة. أما مصطلح الإكسيبلكس فيشير إلى حالة الثنائي غير المتجانس؛ إلا أن الاستخدام الشائع لمصطلح الإكسيمر يشمل هذه الحالة أيضاً.
أمثلة واستخدامات
| الليزر | الكواشف | ذروة الانبعاث |
|---|---|---|
| XeCl | Xe + Cl 2 | 308 نانومتر |
| KrF | Kr + NF 3 | 248 نانومتر |
| ArF | Ar + F 2 | 193 نانومتر |
تُعدّ المركبات ثنائية الذرات غير المتجانسة، التي تضم غازًا نبيلًا وهاليدًا ، مثل كلوريد الزينون ، شائعة الاستخدام في صناعة ليزرات الإكسيمر ، التي تُعدّ التطبيق الأكثر شيوعًا للإكسيمر. تستفيد هذه الليزرات من حقيقة أن مكونات الإكسيمر تتميز بتفاعلات جاذبة في الحالة المثارة وتفاعلات تنافرية في الحالة الأرضية . كما يُستخدم انبعاث جزيئات الإكسيمر كمصدر للأشعة فوق البنفسجية التلقائية ( مصابيح الإكسيمر ). [ 2 ]
يُعد جزيء البيرين مثالًا نموذجيًا آخر على الإكسيمر الذي وجد تطبيقات في الفيزياء الحيوية لتقييم المسافة بين الجزيئات الحيوية . [ 3 ]
في الكيمياء العضوية ، تحدث العديد من التفاعلات عبر معقدات الإكسيبلكس، على سبيل المثال، تفاعلات مركبات الأرين البسيطة مع الألكينات. [ 4 ] التفاعلات الموضحة للبنزين ونواتجه هي إضافة حلقية [2+2] إلى الناتج أورثو (أ)، [ 5 ] وإضافة حلقية [2+3] إلى الناتج ميتا (ب)، [ 6 ] وإضافة حلقية [2+4] إلى الناتج بارا ( ج) مع ألكينات بسيطة مثل متصاوغات 2-بيوتين . في هذه التفاعلات، يكون الأرين هو المُثار.
كقاعدة عامة، يكون الانتقاء الموضعي لصالح الناتج الإضافي أورثو على حساب الناتج الإضافي ميتا عندما تزداد كمية نقل الشحنة التي تحدث في الإكسيبلكس.
تقنيات التوليد
لتكوين جزيء إكسيمر، يتطلب الأمر وجود ذرة غاز نبيل في حالة إلكترونية مثارة لتكوين ثنائي أو هاليد غاز نبيل . ويلزم طاقة عالية كافية (حوالي 10 إلكترون فولت ) لوضع ذرة الغاز النبيل في أدنى حالة إلكترونية مثارة، مما يؤدي إلى تكوين جزيء الإكسيمر. وأسهل طريقة لإثارة الغازات هي التفريغ الكهربائي . لذا، تُولّد جزيئات الإكسيمر هذه في البلازما (انظر تكوين جزيء الإكسيمر ) أو من خلال حزم إلكترونية عالية الطاقة.
إخماد التألق
تُعدّ الإكسيبلكسات إحدى الآليات الديناميكية الثلاث التي تُخمد بها الفلورة . يتميز الإكسيبلكس العادي بخاصية نقل الشحنة ، وفي الحالة القصوى، توجد أيونات جذرية مميزة ذات إلكترونات غير مزدوجة. إذا تمكنت الإلكترونات غير المزدوجة من تكوين رابطة تساهمية، فإن تفاعل الرابطة التساهمية يُمكن أن يُخفض طاقة حالة نقل الشحنة. وقد ثبت أن استقرار نقل الشحنة القوي يؤدي إلى تقاطع مخروطي لحالة الإكسيبلكس هذه مع الحالة الأرضية، وذلك في توازن بين التأثيرات الفراغية، والتفاعلات الكهروستاتيكية، وتفاعلات التراص، والتكوينات النسبية التي تُحدد تكوين الإكسيبلكسات المرتبطة وإمكانية الوصول إليها. [ 8 ]
يُعدّ هذا النمط من تكوين الرابطة التساهمية، استثناءً من نموذج أزواج الأيونات الجذرية التقليدي ، ذا أهمية في أبحاث الكيمياء الضوئية، فضلاً عن العديد من المجالات البيولوجية التي تستخدم تقنيات مطيافية التألق . وقد قُدّمت أدلة على وجود وسيط الإكسيبلكس المرتبط في دراسات التأثيرات الفراغية والكولومبية على ثوابت معدل الإخماد، ومن حسابات نظرية الكثافة الوظيفية المكثفة التي تُظهر تقاطع منحنى بين الحالة الأرضية وحالة الإكسيبلكس المرتبط منخفضة الطاقة. [ 9 ]
انظر أيضاً
- مصباح الإكسيمر – مصدر للأشعة فوق البنفسجية يعتمد على الانبعاث التلقائي لجزيئات الإكسيمر
- ليزر الإكسيمر – نوع من أنواع الليزر فوق البنفسجي ذو أهمية في تصنيع الرقائق الإلكترونية وجراحة العيون
- نقل طاقة رنين فورستر – آلية نقل الطاقة الكيميائية الضوئية
- ليزر فلوريد الكريبتون – نوع من ليزر الإكسيمر. صفحات تعرض وصفًا موجزًا للأهداف المراد إعادة توجيهها.
- مركب الغاز النبيل – مركب كيميائي يحتوي على عنصر من الغازات النبيلة
مراجع
- ↑ بيركس، ج. ب. (1975). "الإكسيمرات". تقارير عن التقدم في الفيزياء . 38 (8): 903-974 . Bibcode : 1975RPPh...38..903B . doi : 10.1088/0034-4885/38/8/001 .
- ^ لومايف، ميخائيل الأول. سكاكون، VS؛ سوسنين، EA؛ تاراسينكو، فيكتور ف؛ يتغوط، DV. إروفيف، إم في (2003). “Excilamps: مصادر فعالة للأشعة فوق البنفسجية والأشعة فوق البنفسجية التلقائية”. الفيزياء-Uspekhi . 46 (2): 193– 209. دوى : 10.1070/PU2003v046n02ABEH001308 .
- ^ كونيبير، بول ب. باجشو، كلايف ر. فجر، بيوتر G.؛ كوفاكس، ميهالي؛ مالنسي-سيزماديا، أندراس (2003). "حركة شق الميوسين واقترانها بتفكك الأكتوميوسين" . الطبيعة الهيكلية والبيولوجيا الجزيئية . 10 (10): 831-835 . دوى : 10.1038 / nsb986 . اتش دي ال : 2381/134 . بميد 14502269 .
- ↑ ماتاي، يوشين (2007). "الكيمياء الضوئية للأرينات - إعادة صياغة". Angewandte Chemie International Edition . 46 (5): 663–665 . doi : 10.1002/anie.200603337 . PMID 17143914 .
- ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 2805242 ، آير، دونالد وبوتشي ، جورج، "1-سيانوبيسيكلو [4.2.0] أوكتا-2، 4-ديين وتخليقها"، صدرت في 3 سبتمبر 1957
- ↑ ويلزباخ، ك. إي.؛ كابلان، لويس (1966). "إضافة حلقية ضوئية 1،3 للأوليفينات إلى البنزين1". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 88 (9): 2066-2067 . Bibcode : 1966JAChS..88.2066W . doi : 10.1021/ja00961a052 .
- ↑ ويلزباخ، كينيث إي.؛ كابلان، لويس (1971). "الإضافة الضوئية للبنزين إلى الأوليفينات. الجزء الثاني: تفاعلات الإضافة الحلقية 1،2 و1،4 الانتقائية الفراغية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 93 (8): 2073-2074 . Bibcode : 1971JAChS..93.2073W . doi : 10.1021/ja00737a052 .
- ↑ ليانغ، جينغشين؛ نغوين، كوين إل؛ ماتسيكا، سبيريدولا (2013). "تؤدي الإكسيبلكسات والتقاطعات المخروطية إلى إخماد التألق في ثنائيات 2-أمينوبورين المتراصة π مع قواعد البيورين الطبيعية" . العلوم الكيميائية الضوئية والبيولوجية الضوئية . 12 (8): 1387-1400 . Bibcode : 2013PhPhS..12.1387L . doi : 10.1039/c3pp25449f . ISSN 1474-905X . PMC 5006741. PMID 23625036 .
- ↑ وانغ، يينغشنغ؛ هايز، أوليسيا؛ دينوسينزو، جوزيف ب.؛ فريد، سمير؛ فريد، رامي س.؛ غولد، إيان ر. (2007). "المعقدات الإكسيبلكسية المرتبطة: مفهوم جديد في التفاعلات الكيميائية الضوئية". مجلة الكيمياء العضوية . 72 (18): 6970-6981 . doi : 10.1021/jo071157d . ISSN 0022-3263 . PMID 17676917 .
- الكيمياء الضوئية