Ekstremal kimya

Ekstremal kimya Ekstremal kimya – kimyəvi proseslərin ekstremal şəraitdə öyrənilməsidir: güclü elektrik və maqnit sahələri, ultrayüksək təzyiq və sürüşmə deformasiyaları, gərginliyi molekulun daxilindəki elektrik sahəsi ilə müqayisə edilən güclü işıq sahələri, ultraböhran şəraiti, güclü qravitasiya sahəsi, səs və mikrodalğa sahələri və s. Ekstremal halların kimyasına, həmçinin plazmokimya, radiasiya kimyası, yüksək enerjilər və yüksək temperaturlar kimyası daxildir. Yanaşmadan asılı olaraq ekstremal kimyanın bölmələrini müxtəlif qaydada təsnif etmək olar.

Yüksək enerjilər kimyası

Yüksək enerjilər kimyası (YEK) – fiziki-kimyanın bölməsidir, qeyri-istilik enerji mənbələrinin (ionlaşdırıcı şüalanma, işıq, plazma, ultrasəs, mexaniki zərbə və s.) təsiri ilə gedən kimyəvi və fiziki-kimyəvi prosesləri tədqiq edir. Qeyri-istilik enerjisinin təsiri ilə gedən reaksiyaların mexanizm və kinetikası, həyacanlanmış və ionlaşdırılmış çox sürətli hissəcikilərin qeyri-tarazlıq qatılığı ilə xarakterizə olunur; bu hissəciklərin enerjisi istilik hərəkəti enerjisindən, bəzi hallarda kimyəvi rabitə enerjisindən çoxdur. Maddəyə təsir edən qeyri-istilik enerji daşıyıcıları: sürətləndidrilmiş ion və elektronlar, sürətli və yavaş neytronlar, alfa- və beta-hissəciklər, pozitronlar, müonlar, pionlar, ultrasəs sürətli atom və molekullar, elektromaqnit şüalan-manın kvantları, impuls elektrik, maqnit və akustik sahələri. Yüksək enerjilər kimyasının proseslərini zaman mərhələrinə görə fiziki, fiziki-kimyəvi və kimyəvi proseslərə bölürlər. Fiziki mərhələ femtosaniyə və daha az müddətdə baş verir. Bu müddətdə qeyri-istilik enerjisi mühitdə qeyri-bərabər paylanır, "qaynar ləkə" əmələ gəlir. Fiziki-kimyəvi mərhələdə qaynar ləkədə tarazsızlıq və müxtəlicinsilik təzahür edir. Kimyəvi mərhələdə kimyəvı reaksiyalar baş verir. Nəticədə otaq temeperaturunda elə ionlar, həyəcalanmış halda atom və molekullar əmələ gəlir ki, tarazlıq proseslərində bu mümkün deyil. YEK əsas xüsusiyyəti budur ki, adi şəraitdə tarazlıq proseslərində əmələ gəlməyən atom, molekul və ionların həyəcanlanma halı, qeyri-enerji mənbəyi vasitəsilə otaq temperaturunda yaranır. N. Ablesimov qeyri-tarazlıq fiziki-kimyəvi proseslərinin idarə olunmasının relaksasiya prinsiplərini formulə etmişdir: relaksiya müddəti fiziki təsirin müddətindən xeyli çox olduqda və fiziki-kimyəvi mərhələdə relaksiyanın mexanizmi məlum olduqda, müəyyən tərkib və quruluşa malik maddə çıxımını idarə etmək olar.

Plazma kimyası

Plazmokimya plazmada gedən prosesləri öyrənir. Plazma ionlaşmış qarışıqdır, zəif ionlaşmış və ya aşağı temperaturlu, və yüksək temperaturlu plazmaya bölünmə vardır . Plazmokimyəvi proseslər 1000÷10000 °C temperatur intervalında aparılır. Bu proseslər yüklənmiş və ya həyəcanlanmış hıssəciklərin toqquşması ilə baş verir və yüksək sürətə malikdir. Plazmokimya proseslərində kimyəvi rabitənin yenidən paylanması yüksək sürətlə baş verir. Kimyəvi çevrilmənin elementar aktları təqribən 10–6 saniyə ərzində baş verir və dönməyən proseslərdir. Belə reaksiyalar adi zavod reaktorlarında, dönər proseslər səbəbindən, min və milyon dəfələrlə zəifləyir. Plazmokimya prosesləri yüksək məhsuldarlığı ilə seçilir. Metan plazmotronu 65 sm uzunluğu və 15 sm diametri olmasına rəğmən gündə 75 ton asetilen istehsal edir. Bu isə bir zavodun istehsalının həcmidir. 3000÷3500 °C intervalında saniyənin mində biri müddətində metanın 80%-ı asetilenə çevrilir. Enerjinin 90–95%-indən istifadə olunur, 1 kq asetilenə enerji sərfi 3 kvt.saatdır. Metanın buxar reaktorda pirolizinin enerji sərfi bundan iki dəfə çoxdur. Son illər atmosfer azotundan plazmokimyəvi üsulla azot oksidi alınması üsulu işlənib hazırlanmışdır. Bu üsul ammonyak üsulundan iqtisadi cəhətdən daha səmərəlidir. Ovuntu metallurgiyası üçün xammal olan narın tozların isteh-salının plazmokimyəvi texnoloğiyası yaradılmışdır. Titan, vanadium, sirkonium, niobium və molibdenin yüksək ərimə temperaturuna malik karbid, nitrid və karbonitridlərinin sintez üsulları işlənib hazırlanmışdır. Texnologiyanın enerji məsrəfi 1–2 kVt.s-dan çox deyil. Yüksək temeperaturlar kimyası, enerjiyə əsaslı qənaət etməyə imkan verən yüksək təzyiqlə sıxılmaya əsaslanan ovuntu metallurgiyası ilə əvəz edilməkdədir. Plazma poladəritmə sobaları yüksək keyfiyyətli polad növləri almağa imkan verir. Alətlərin səthinin ion-plazma ilə işlənməsi sürtünməyə davamlılığı bir neçə dəfə artırır. Plazmokimya tərkibində birləşdirici maddə kimi polad, çuqun, alüminium və s. olan metallobeton sintez etməyə imkan verir. Metallobeton birləşdirici maddələrin xırdalanmış dağ suxuru ilə birgə əridilməsindən alınır. Metallobeton adi poladdan sıxılmaya qarşı 10 dəfə davamlı, dartılmaya qarşı 100 dəfə davamlıdır. Plazmokimyəvi üsulla, yüksək təzyiq tətbiq etmədən, karbonun maye yanacağa çevrilməsi üsulu hazırlanmışdır. Belə texnologiya ilə daş və boz kömürdən sintez qazdan əlavə başqa maddələr də: texniki silisium, karbosilisium, ferrosilisium, adsorbent və s. alınır.

Radiasiya kimyası

Radiasiya kimyası– fiziki-kimyanın bölməsi, yüksək enerjilər kimyasının hissəsidir, ionlaşdırıcı şüanın təsiri ilə gedən reaksiyaları öyrənir. İonlaşdıdrıcı xassəyə elektromaqnit şüaları (rentgen şüalanması, γ-şüalanması, sinxrotron şüalanma) və sürətləndirilmiş hissəciklər seli (elektronlar, protonlar, neytronlar, gelionlar, ağır ionlar, ağır ionların bölünməsinin qəlpələri və s.) malikdir. Bunların enerjisi atom və molekulların ionlaşma enerjisindən yüksəkdir (10–15 eV hüdudunda). Radiasiya kimyası vasitəsilə ənənəvi kimyəvi üsullarla gedə bilməyən kimyəvi proseslər həyata keçirilir. İonlaşdırıcı şüalanma kimyəvi reaksiyaları katalizator və inisiatorlar olmadan nisbətən aşağı temeperaturda aparmağa imkan verir. Radiasiya kimyası ən müxtəlif maddələrin ionlaşdırıcı şüaların təsiri ilə çevrilmələrini öyrənir. Ionlaşdırıcı şüalanmanin mənbələri rentgen qurğuları, yüklü hissəcik sürətləndiriciləri, nüvə reaktorları, radiaktiv izotoplardır. Radiasiya-kimyəvi reaksiyaların nəticəsində oksigendən ozon, qaz parafinlərindən hidrogen və aşağı molekullu olefinlərin mür-əkkəb qarışığı əmələ gəlir. Polietilenin, polivinilxloridin və digər polimerlərin şüalandırılması onların istiliyə davamlılığını və bərkliyini artırır. Radiasiya vasitəsilə kimyəvi texnologiyanın ən vacib prosesləri –polimerləşmə, vulkanlaşma, kompozision materialların istehsalı, o cümlədən ağac ovuntusu kompozitlərinin, lakların bərkidiliməsi, adi beton və digər monomerlərin betona hopturulması ilə polimerbetonların alınması prosesləri həyata keçirilir. Belə betonlar adi betonlardan 4 dəfə möhkəm olub, su keçirməməzliyə və korroziyaya qarşı yüksək davamlılığa malikdirlər.

Lazer şüalanması və zərbə dalğaları

Ultraqısa (10 fs və daha qısa müddətli) lazer umpulsları çox güclü optik şüalanmaları və güclü elektrik sahələrini toplayıb sıxlaşdırır. Bu isə kimyanı yeni effektlərin axtarışına stimullaşdırır. Yüksək güclərdə (1015–1016 Vt/sm2), lazer şüasında elektrik sahəsinin gərginliyi 20 V/A (bu sahəni bir elektron 1A məsafədə yaradır; bu molekulun daxili elektrik sahəsidir) olduqda, çoxelektronlu ionlaşma – A. L. Buçaçenkonun təbirincə molekulun atom nüvə karkasının kulon partlayışı ilə müşayiət olunan "striptizi" baş verir. Bu şəkildə özünü klasterlər aparır: məsələn, NH₃-ün molekulyar klasterləri lazer impulsunun intensiv sahəsində (120 fs, 10¹⁵Vt/cm²) güclü ionlaşmaya məruz qalır; ionlaşmış klaster, yüklü N²⁺, N³⁺, N⁴⁺ ionlarının əmələ gəlməsi ilə müşayiət olunan kulon partlayışına məruz qalır. Fulleren C₆₀ intensiv lazer şüalarının təsiri ilə (100 fs, 10¹⁶Vt/cm²) С₆₀⁴⁺ ionuna çevrilir və kulon partlayışına məruz qalaraq ion qəlpələrinə parçalanır. Atom klasterlərinin femtosaniyə impulsları ilə (>10¹⁶Vt/cm²) fotoionlaşmanın tədqiqi göstərdi ki, işıq – klaster qarşılıqlı təsiri ultraqaynar mikroplazma əmələ gətirir; mikroplazma daxilində ionlar 1 MeV-a qədər enerjiyə malik olurlar. Bu tədqiqatlar deyterium klasterlərinin lazer işlənməsi işlərini stimullaşdırdı. Tədqiqatların məqsədi nüvələri birləşdirə bilən enerjiyə malik ionlardan ibarət plazma yaratmaq idi. Həqiqətən də, deyterium klasterlərin lazer qızdırılması ilə baş verən kulon partlayışında neytronların emissiyası– D + D→3He + n (1 coul enerjiyə 10⁵ neytron çıxımı) nüvə reaksiyası baş verdi. Kulon partlayışının mexanizmi, güclü lazer zərbəsinə (> 10¹⁶ Vt/sm²) məruz qalan, Xe klasterlərinin misalında izah edilmişdir. Ani ionlaşama və elektronların elektrik sahəsində ani sürətlənməsi ion karkasının kulon parçalanması ilə müşayiət olunur. Partlayış laylı quruluş olduğunu göstərdi: ion porsiyaları (hissələri) klasterdən ardıcıl püskürülür; ionların ilk hissəsi yüksək kinetik enerjiyə malik olur, hətta onların enerjisi kiçik molekulların kulon partalayışı enerjisindən yüksəkdir. İlk sürətli ionlar enerjini klasterin daxili qat ionlarından, həmçinin qismən "qaynar" elektronlardan alır. Lazer impulsunun maddədə keçidini müşayiət edən Lorens qüvvələri digər effektləri induksiya edir: mikrohissəciklərin polimer məhlullarında əmələ gəlməsinin mexanizmini təmin edir, fokuslanmış şüada foton təzyiqi polimer zəncirlərini tutur və diametri 10 nm hissəciklər formasında kondensə edir. Lazer şüaları atomları və atom-molekul klasterlərini bərk maddə səthindən ablyasiya edərək molekul qravirləşməsini həyata keçirir. Hər bir effektin ardında yeni kimyəvi tədqiqat üsulları və yeni yüksək texnologiya yaradılması perspektivi durur. Güclü lazer impulsları – güclü qısa zərbə dalğalarının yaradılması üçün vasitədir. Kimyada lazer zərbə dalğaları – maddələrin ekstremal şəraitdə (yüksək temperatur, təzyiq, sürüşmə deformasiyaları) davranışının tədqiqi üçün vasitədir. Məsələn, lazer-induksiya zərbə dalğaları 5 QPa təzyiq cəbhəsini təmin edir; ön təzyiq cəbhəsinin müddəti, dönən sıxılma üçün bir neçə yüz pikosaniyə və dönməyən sıxılma üçün 20–25 ps-dir. Zərbə dalğasından sonra temperaturun düşməsi böyük sürətlə, 10¹¹ dər/s tərtibində baş verir. Lazer-stimullaşdırılmış zərbə dalğaları ekstremal kimyada yeni imkanlar yaradır. Adi zərbə dalğaları ilə eksperimentlər termo-dinamiki xassələrin, mexaniki möhkəmliyin, hal tənliyinin və s. müəyyən edilməsinə yönəlmişdir. Güclü zərbə sıxılması güclü partlayışlarda, nüvə partlayışlarında əsas yer tutur. Deyteriumda termonüvə reaksiyalalını alışdırmaq üçün istifadə olunan zərbə dalğaları güclü lazer mənbələri (Laurens Milli laboratoriyasındakı "Petawatt Laser") vasitəsilə yaradılmışdır. Bu laboratoriyada güclü lazerlərlə (10¹⁵ Vt) stimullaşdırılan reaksiyalar həyata keçirilmişdir. İmpulsun müddəti 0,5 ps; hədəf isə qızıl, mis və uran-238 ərintisindən ibarət idi. Qızıldan vurulub çıxarılan elektronlar kvantlar yaradır, bunlar isə hədəfdə sürətli neytronlar əmələ gətirir. Bu neytronlar isə uran nüvəsini parçalayır. Qızılın, misin və uranın parçalanma məhsullarının tərkibi və elektronların energetik spektrləri müəyyən edilmişdir. Bu tədqiqatların nəticələri bahalı sürətləndiricilər olmadan, nüvə kimyasında ültragüclü lazerlərlə reaksiyalar aparmağın mümkünlüyünü göstərir. Lazer-stimullaşdırılmış zərbə dalğaları – ekstremal şəraitdə yeni texnoloji imkanlar yaradır. Məsələn, fullerenin "soğanvari" topalarının almaz klasterlərinə çevrilməsi. Oxşar hadisələr nano-borular üçün də istifadə olunur; 50 QPa təzyiqdə onların xarici elektron təbəqələri yarılır və onlar qrafit strukturuna keçirlər. Bu reaksiyalarda almaz nanokristallarının da alınması müşahidə olunmuşdur. Maddənin superkritik halı gözlənilməz anomal effektlərin mənbəyidir. Bu effektlərdən biri, böhran nöqtəsi ətraf-ında yüksək dərəcədə sıxlığın fluktasiyası – maddənin sürətli və dönən klasterləşməsidir. Ekstremal kimyanın bir şedevri də tritiumun hidrogen və deyteriumla maye üfrataxıcı kvant heliumda metallik hidrogenin sintezidir. Dıgər maraqlı hadisə NaC₆₀ və PC₆₀ ekzotik molekullarının plazmokimyəvi sintezidir. Burada elektron atomlarının çox güclü sıxılması elektron–nüvə qarşılıqlı təsirini artırır. Qaynar, lazer-induksiya plazmasından isə yuxarıda bəhs etmişik.

Maqnit sahəsi

Maqnit sahəsinin kimyəvi effekti spin kimyası mövzusunda qismən izah olunmuşdur; spin kimyasının bütün effektləri – elektronların və nüvələrin maqnit momentlərinin maqnit təsirinə cavabıdır (sabit maqnit sahələri və mikrodalğa sahələrinin maqnit komponentləri). Lakin hərəkət edən elektrik yükləri sistemində maqnit sahələri (solvatlaşmış elektron və ionlar) kimyəvi təsirli lorens qüvvələri yaradır. Buna görə də, maqnit sahə effektlərinin dairəsi, spin kimyasında bəhs etdiklərimizdən daha çoxdur. Yüksək maqnit effektləri ion NaCl və atom Si kristallarında dislokasiyanın hərəkət sürətlərində (4–5 kE maqnit sahəsində sürətin 3–6 dəfə artımı), ion kristallarının möhkəmliyi və plastik deformasiyanın sürətlərində aşkar edilmişdir. Bu effektlər bərk maddənin kimya və mexanikası üçün mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Onlar spin kimyası çərçivəsində mənqiqli izahat tapsalar da, (paramaqnit tıxaclarda dislokasiyaların spin-asılı rekombinasiyaları) lorens qüvvələrini istisna etmək olmaz, beləki bu effektlərin çoxu aşağı tezlikli (bir neçə yüz hers) elektrik sahələrindən asılıdır. Lorens qüvvələri, həmçinin maqnit sahəsi effektinin Ag-un Cu üzərində elektroçökdürülməsinə təsirini də müəyyən edir; 80 kE maqnit sahəsi və 4.10³ кE/м sahə qradiyentində reaksiya çıxımı 45% artır. Eyni zamanda çökən metalın sıxlığı və dendritlərin keyfiyyəti artır. Ehtimal edə bilərik ki, maqnit sahəsi, lorens qüvvəsi vasitəsilə elektrod-məhlul sərhəddində ikiqat elektrik qatının mikrodinamika və mikroturbilentliyinə təsir edir. Bu yeni hadisənin geniş perspektivi olması şübhə doğurmur. Maqnit qüvvələrin vandervaals qüvvələri ilə eyni tərtibdə olduğu hallarda (məsələn maqnit qavrayıcılığının yüksək anizotropiyası olan molekullar üçün) yüksək qradiyentli maqnit sahələrində monokristall yetişdirilməsi məsələsi də maraq doğurur. Qeyri-bircinsli maqnit sahəsi ionların ayrılması və misin elektrolizinə böyük təsir göstərir. Maqnit sahəsi ilə əlaqədar tədqiqatçıları həyəcanlandıran bir problemi də qeyd edək. Molekulların çoxu iki formada olurlar. Onlar kimyəvi tərkibə görə eynidirlər, lakin sağ və sol əl kimi bir-birinin güzgü əksləridir. Onlar işığın polyarizasiya müstəvisini bir-birinin əksi istiqamətdə fırladırlar – molekullardan biri polyarizasiya müstəvisini saat əqrəbi istiqamətində, dıgəri isə bunun əksinə fırladır. Buna görə də, bu izomer molekullarını sola- və sağa firladan izomerlər adlandırırlar. Qeyri-üzvi aləmdə belə molekullar bərabər saydadırlar. Ancaq "canlı" kimya aləmində zülallar yalnız sola fırladan aminturşulardan qurulmuşdur. Bu unikal hadısənin dərki böyük problem olaraq qalır; çox fərziyyələr irəli sürülsə də, bu sualın qənaətbəxş cavabı tapılmamışdır. Polyarizə edilmiş işığın köməyi ilə sağ və ya sol optiki izomeri almaq olar. Ancaq təbiətdə həmin maddələr mövcud deyil. Müəyyən edimişdir ki, xromun birləşmələrini maqnit sahəsində (onun gərginliyi işıq şüasına paralel olmuşdur) polyarlaşmamış işıqla şüalandırsaq, optiki izomerlərdən birinin çoxluğu olan qarışıq alınır. Maqnit sahəsinin istiqamətinin dəyişdirilməsi əks optiki izomerin artımına gətirib çıxarır; sahə işıq şüasına perpendikulyrar olduqda hər iki izomer eyni ehtimalla əmələ gəlir. Lakin canlı aləmdə optiki asimmetriya hadisəsi hələ tam izah edilməmişdir.

Mikrodalğalar, ultrasəs və qravitasiya

Mikrodalğanın maqnit komponentinə əsaslanan kimyəvi radiofizikadan fərqli olaraq, mikrodalğa kimyası mikrodalğanın elektrik komponentindən istifadə edir. Dəyişkən dielektrikliyi olan (polyar reagentlər mikroreaktorlarda yığıldıqda)sistemlərdə mikrodalğa udulması mikroheterogen sistemin polyar və polyarizasiya olunmuş hissələrində lokallaşmışlar. Faktiki olaraq onlar reaktorlarda, qızdırılma enejisini ünvanlı ötürən və yüksək kimyəvi selektivlıyə malik olan miniatür mikrodalğa sobalarıdır. Ultrasəs kimyası və ya sonokimya–ultrasəslə induksiya olunan kimyadır. Mikroreaktorlarda gedən proseslərdir, zərbə dalğaları və aşağı temperaturlu plazma ilə yaradılan effektlərə oxşayır. Həm qısadalğa, həm də ultrasəs kimyası sintetik kimyanın yeni üsullarıdır. Məsələn, Fe(CO)₅ –in maqnit sahəsində ultrasəslə şüalanması ilə nanofazalı amorf dəmirin və ya Fe₃O₄-ün sonokimyəvi sintezi. Bu sintez texnologiyası uzunsov nanohissəciklər almağa və onların maqnit anizotropiyasını nəzarətdə saxlamağa, nanoelektron qurğularının nanomateriallarını və maqnit yaddaşı daşıyıcılarının keyfiyyətini yaxşılaşdırmağa imkan verir. Sonokimyanı başa düşmək üçün sonolümunessensiya hadisəsini bilmək lazımdır. Sonolümunessensiya – kavitasiya qabarcıqlarının dağılması zamanı işığın yaranmasıdır (generasiya). Generasiyada əsas rolu nəzəri olaraq 25 000 K-ə çatan qaynar plazma oynayır. Belə bir ideya var ki, sonoeffektin köməyi ilə termonüvə reaksiyaları başlayan 15∙10⁶K temperatura çatmaq olar. Kavitasiyaların (çuxurluqların) pikosaniyələrlə zaman həlli göstərir ki, kavitasiyaların dağılması ilə yaranan zərbə dalğası işıq sürətindən 4 dəfə artıq sürətlə hərəkət edir. Lakin bu nəticə plazmanın temperaturu haqqında suala cavab vermir. Ekstremal kimyaya, yüksək qravitasiya sahələrində və çəkisizlik şəraitində gedən kimyəvi proseslər də aiddir. Molekul, klaster və assosiatların belə sahələrdə payının kəskin artması yeni effektlər əmələ gətirir: qatılıq qradientinin qiymət və işarəsi, tarazlığın yerdəyişməsi, proseslərin sürətinin dəyişməsi və s.

Ultraaşağı temperatur və soyuq atomlar

Kimya aşağı temperaturlar (4K) sahəsini çoxdan mənimsəmişdir; bu mənimsəmənin ən parlaq nəticəsi –kimyəvi reaksiyaların kvant mexanizminin kəşfidir; baryer tunelləmə və onun nəticələri (nəhəng izotop effektləri, reaksiyanın temperaturdan asılı olmayan hüdud sürətləri). 10⁻⁴–10⁻⁶К temperatur intervalındakı reaksiyaları, ekstremal kimyadan daha çox, "ekzotik" kimyaya uyğun gəlir. Ultrasoyuq atomların alınması onların hərəkətinin optiki kvantın udulması zamanı (atomların lazer soyudulması) dəyişməsidir. Əgər atom və lazer fotonları elə uyğunlaşdırılmışdır ki, udulma aşağı qanadda (spektrin qırmızı tərəfi) gedir, onda fotona qarşı hərəkət edən atomda dopler sürüşməsi səbəbindən rezonans udulması mərkəzə doğru yerini dəyişir və güclənir. Fotonla eyni istiqamətdə olan atomlar üçün doppler effecti rezonansı mərkəzdən sürüşdürür və udulmanı zəiflədir, nəticədə atomlar tormozlayıcı təsirə məruz qalır. Ortoqonal lazer şüalarında yerləşmiş atomlar üç istiqamətin hamısında yavaşıdılırlar, optiki özlü (qatı) mühit yaranır, belə mühitdə atomlar sanki dayanır, onların kinetik temperaturu 10⁻⁴–10⁻⁶К, hətta 10⁻¹⁰К temperatura düşür. Belə ultrasoyuq atomların kristall qəfəsləri (məsələn ⁸⁵Rb atomlarının həcmi mərkəzləşmiş atomları) alınmışdır, optiki difraksiyanın köməyi ilə qəfəsin parametrləri, kollektiv rəqslərin tezliyi təyin edilmişdir. Beləliklə, maddənin yeni halı, qaz kristalı alınmışdır. Kristal qaz halı hətta həyəcanlanmış ridberq atomları üçün də mühahidə olunmuşdur. Kristal qaz halında enerji kollektiv – çox hissəcikli qarşılıqlı təsirdən yaranır. Adi qazlar üçün isə enerji cüt, bimolekulyar toqquşmalarla əlaqədardır. Enerjinin ötürülməsinin kollektiv xarakteri , rezonans elektrik sahələrində 3,0 və 3,4 V/sm iki Rb ridberq atomu arasında 25s_1/2−24p_1/2 və 33s_1/2−34p_1/2 rezonans keçidlərinin genişləndirilməsi ilə yaranır. Faktiki olaraq bu aşağıdakı rezonans reaksiyasıdır:

${\mathsf {Rb(25s_{1}/_{2})+Rb(33s_{1}/_{2})\longrightarrow Rb(24p_{1}/_{2})+Rb(34p_{1}/_{2})}}$

Bu reaksiyada atomların biri baş kvant ədədini azaldır (25-dən 24-ə), digəri isə artırır (33-dən 34-ə). Bu keçidlərin 300 mkK temperaturda spektral xətlərinin genişlənməsi, ridberq atomlarının funksiyası kimi göstərir ki, hətta çox kiçik sıxlıqlarda 10⁸ – 10⁹ atom/sm³ atomların halı "yumşaq" kristala və ya amorf bərk maddəyə uyğun gəlir. Bu nəticə seziumun ridberq atomları üçün də 10⁸ – 10⁹ atom/sm³ sıxlıqlarda müşahidə olunmuşdur. Ultrasoyuq, kinetik enerjidən mərhum atomlar dəqiq spektroskopiya və metrologiya, atom-atom və atom-səth potensiallarının zondlaşdırılması, bir atomlu mazerin kvant elektrodinamikasının postulatlarının eksperimental yoxlanılması üçün maraq doğurur. Kristallik qazda atomların optik həyəcanlandırılması ilə elektron – həyəcanlandırılmış atomlar alınır, bu atomlar digər atomlarla reaksiyaya girərək kristallik qaza implant olunan eksimer molekullar əmələ gətirir. Molekul və mayelərin lazerlə soyudulması məsələləri də maraq doğurur. Ultrasoyuq nanoreaktorlar–ultraaxıcı heliumun damcılarıdır (4000 atom); onlar qaz molekullarını götürərək (məsələn HCN) onların damcılarda assisiatlarını əmələ gətirir. Onların quruluşu lazer və kütlə-spektroskopiyası üsulları ilə təhlil edilir. HCN molekulları "baş-quyruq" prinsipi ilə birləşərək xətti oliqomerlər əmələ gətirir. Ultrasoyuq damcılardakı molekul assosiatları molekulların qarşılıqlı təsirinin tədqiqat üsullarından biridir. Bu reaksiyada atomların biri baş kvant ədədini azaldır (25-dən 24-ə), digəri isə artırır (33-dən 34-ə). Bu keçidlərin 300 mkK temperaturda spektral xətlərinin genişlənməsi, ridberq atomlarının funksiyası kimi göstərir ki, hətta çox kiçik sıxlıqlarda 10⁸ – 10⁹ atom/sm³ atomların halı "yumşaq" kristala və ya amorf bərk maddəyə uyğun gəlir. Bu nəticə seziumun ridberq atomları üçün də 10⁸ – 10⁹ atom/sm³ sıxlıqlarda müşahidə olunmuşdur. Ultrasoyuq, kinetik enerjidən mərhum atomlar dəqiq spektroskopiya və metrologiya, atom-atom və atom-səth potensiallarının zondlaşdırılması, bir atomlu mazerin kvant elektrodinamikasının postulatlarının eksperimental yoxlanılması üçün maraq doğurur. Kristallik qazda atomların optik həyəcanlandırılması ilə elektron – həyəcanlandırılmış atomlar alınır, bu atomlar digər atomlarla reaksiyaya girərək kristallik qaza implant olunan eksimer molekullar əmələ gətirir. Molekul və mayelərin lazerlə soyudulması məsələləri də maraq doğurur. Ultrasoyuq nanoreaktorlar –ultraaxıcı heliumun damcılarıdır (4000 atom); onlar qaz molekullarını götürərək (məsələn HCN) onların damcılarda assisiatlarını əmələ gətirir. Onların quruluşu lazer və kütlə-spektroskopiyası üsulları ilə təhlil edilir. HCN molekulları "baş-quyruq" prinsipi ilə birləşərək xətti oliqomerlər əmələ gətirir. Ultrasoyuq damcılardakı molekul assosiatları molekulların qarşılıqlı təsirinin tədqiqat üsullarından biridir.

Çətin əriyən keramik materialların özüyayılan yüksək temperatur sintezi

Ekstremal hallar kimyasının ən vacib sahələrindən biri çətin əriyən və keramik materialların özüyayılan yüksək temperatur sintezidir[1,4]. Adətən belə materialların irimiqyaslı sintezi ovuntu metallurgiyasının üsulları ilə alınır. Bu üsulun mahiyyəti metal ovuntularının müəyyən formada yüksək təzyiqdə sıxılmasıdır; proses 1200–2000°С-də aparılır və "bişimə" bir neçə saat çəkir. Özüyayılan sintez daha asan həyata keçirilir, bir metalın digər metalda və ya azotda, karbonda, silisiumda yanmasına əsaslanır. Ən geniş yayılmış yanma bəsit və ya mürəkkəb maddələrin (karbon, neft məhsulları, ağac məmulatları) oksigendə yanmasıdır. Yanma işıq və istilik ayrılması ilə gedən reaksiyalardır; yanma oksigendən başqa digər yandırıcı maddələrlə reaksiyalarda da baş verə bilər. Özüyayılan yüksək temperaturlu sintez – bərk maddələrdə yanma prosesidir. Məsələn titan tozunun bor tozunda və ya sirkonium tozunun silisium tozunda yanması. Bu üsulla yüzlərlə yüksək keyfiyyətli çətin əriyən birləşmələr alınmışdır: metalların karbidləri, boridlər, alüminidlər, selenidlər. Bu üsul nəhəng sobalar, mürəkkəb proseslər, çox enerji sərfi tələb etmir və yüksək texnologiyası ilə fərqlənir. Çoxtonnajlı məhsul istehsal edən qurğu üçün bir neçə adam kifayətdir. Özüyayılan yüksək temperaturlu sintez texnologiyası çətin əriyən və keramik materialların sintezi sahəsində yüksək nailiyyətdir.

Kosmokimya

Kosmokimya və ya kimyəvi kosmologiya, kimyanın astronomiya və astrofizika qovşağında sahəsi olub, kosmik cisimlərin tərkibini, kimyəvi elementlərin kainatda yayılması və paylanması qanunlarını öyrənən elmdir. Kosmokimya əsasən maddələrin atom-molekul qarşılıqlı təsir səviyyəsində "soyuq" proseslərini tədqiq edir. Digər hadisələri – kocmosda "qaynar" nüvə proseslərini (maddələrin plazma halını), nukleogenoz – ulduzların daxilində elementlərin əmələ gəlmə proseslərini isə fizika öyrənir. Kosmonavtikanın inkişafı kosmokimya üçün yeni imkanlar yaratdı. Aydan götürülmüş torpaq nümunələri əsasında suxurlar tədqiq edildı. Avtomatik buraxılan kosmik aparatlar Günəş sisteminin digər planetlərinin, asteroidlərin və kometlərin səthində və atmosferində olan maddələri və onların mövcudolma şəraitini öyrənməyə imkan verdi. Ulduzlararası məkanda və göy cisimlərində bir çox elementın cüzi qatılıqda atom və molekulları, bəzi minerallar (kvars, silikatlar, qrafit və s.) aşkar olunmuşdur. Günəş qazlarından Н, CO, NH₃, O₂, N₂, S şüalanma ilə tarazlıq şəraitində sadə və mürəkkəb üzvi maddələrin sintezi aparılır. Ağ cırtdan–ölü ulduzlar termonüvə enerji mənbəyinin hamısını sərf edərək sönmüş göy cisimləridir. Öz ağırlıq qüvvələrinin təsiri altında çox yüksək dərəcədə sıxlaşmışlar: günəşin kütləsi ilə müqayisə olunan kütlədə ölçüləri bir tərtib az olur. Onlar çox sürətlə fırlanaraq güclü maqnit sahəsi yaradırlar, bununla da onların zəif şüalanma spektri dəyişir. Ölü ulduzların maqnit sahəsi yedəkindən yüz min dəfələrlə çoxdur, birləşmədə kimyəvi rabitənin xassələrini dəyişə bilir. Ultragüclü maqnit sahəsinin təsiri ilə nüvə ətrafındakı bizim vərdiş etydiyimiz elektron formaları deformasiyaya uğrayır, onların əmələ gətirdiyi kimyəvi rabitələr daha qısa və möhkəm olur. Norveç alimi Truqve Xelkagerin (Trygve Helgaker) və həmkarlarının hesablamalarına görə kimyəvi rabitənin ölçüsü 25% qısala bilər. Bu işdə ağ cırtdanın ətrafındakı güclü maqnit sahəsinin maddələrin kimyəvi xassələrinə təsirinin kompüter modelləşməsi göstərdi ki, belə şəraitdə Yer şəraitində mümkün olmayan kimyəvi reaksiyalar gedər və yeni tip birləşmələr alına bilər. Məsələn, təsirsiz qaz heliumun iki atomlu molekullarının yaranması proqnoz edilimişdir. Yer şəraitində təsirsiz qazlar, o cümlədən helium bir atomlu molekullardan ibarətdir.

Ədəbiyyat

1. Бучаченко А.Л. Химия экстремальных и экзотических явлений. Успехи химии (1987)56, 1593
2. Кузнецов В.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М.: Агар, 1996.- с.209 – 250
3. Садохин А.П. Концепции современного естествознания.: Учеб. пособие. М.: Изд. ЭКСМО, 2005. с.160 – 190
4. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания.: Учебник для вузов. М., 2001. с. 249 – 338
5. Корольков Д.В., Скоробогатов Г.А. Основы теоретической химии: Учеб. пособие для студ. в. учеб. заведений/ Д.В. Корольков, Г.А. Скоробогатов.- М.: "Академия", 2004. 350 с
6. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и её окружения. Изд. 2. Наука, М, 1987 , 348 с.
7. Орлов В.А., Дорожкин С.В. Плазма – четвёртое состояние вещества. М.: Бином, , 2005, 410 c
8. Ионно-лучевые приспособления с использованием холодных атомов //NanoWeek " 30.11. 2008, No. 44.
9. Плюснин В.Ф. Радиационная химия: Учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГУ, 2010. 196с.
10. ScienceShot: Unusual Molecules Form Near White Dwarfs. 19.07. 2012
11. Isaacs N. S., Liquid phase high pressure chemistry, N. Y.-Brisban-Toronto, 1981, 414 p.
12. Бугаенко Л. Т. Химия высоких энергий. Опыт системного анализа. Вестник МГУ. Сер. 2. Химия (2001) 42, 220
13. Экспериментальные методы химии высоких энергий. Под редакцией Мельникова М. Я. М.: Изд-во МГУ, 2009. 824с.
14. Сэм М.Ф. Лазеры и их применения. Соросовский образова-тельный журнал. (1996)6, 92
15. Аблесимов Н. Е. Синопсис химии:Справочно-учебное пособие по общей химии. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС,2005,84 c
16. U. Sanson, Chang Kyu Kim, G. Kis-Benedek, R. Shorn, E. Zeiller, Garibov A. A., V. Huseynov, A. Chupov, Natural and anthropogenic radionuclides in the rivers of Azerbaijan. Journaj of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. (2008)Vol.277, N2, 357
17. Garibov A. A., Eyubov K. T., Agaev T. N., Liquid-Phase Radiolysis of the Water-n-Hexane System, High Energy Chemistry (2004)38, № 5, 295
18. Garibov A. A., Radiation-heterogenic processes of hydrogen accumulation in water-cooled nuclear reactors. International Journal of Nuclear Research, Nukleonika (2011) № 4,333
19. Пикаев А. К. Современная радиационная химия: Твердое тело и полимеры: Прикладные аспекты. М.: Наука, 1987. 448 с.
20. Аблесимов Н. Е. Сколько химий на свете. ч.2. Химия и жизнь — XXI век. (2009) 6, 34
21. Бучаченко А.Л. Химия как музыка. МИНЦ "Нобелистика"", 2004, 192 c.
22. Космохимия Луны и планет. Сб. статей, М., 1975, 764 c.
23. David I. A. Millar, William G. Marshall, Iain D. H. Oswald and Colin R. Pulham, High-pressure structural studies of energetic materials, Crystallography Reviews,(2010) 16, 115
24. Iain D. H. Oswald, David I. A. Millar, Alistair J. Davidson, Duncan J. Francis, William G. Marshall, Colin R. Pulham, Adam S. Cumming, Alistair R. Lennie and John E. Warren, High-pressure structural studies of energetic compounds, High Pressure Research (2010) 30, 280
25. David I. A. Millar, Helen E. Maynard-Casely, Annette K., William G. Marshall, Colin R. Pulham. Putting the squeeze on energetic materials—structural characterisation of a high-pressure phase of CL-20, Cryst Eng Comm, (2010) 12, 2524
26. Forget S., Chenais S. Organic Solid-State Lasers. Springer Series in Optical Sciences.©Springer-Verlag Berlin Heidelberg(2013)175, 127
27. Фортов В.Е., Минцев В.Б. Экстремальные состояния вещества на Земле и в космосе: есть ли химия за мегабаром? Успехи химии. (2013) 7, 59