5 stycznia WYKŁAD 9 12 stycznia WYKŁAD 10 19 stycznia nie ma wykładu 26 stycznia WYKŁAD 11 (powtórka) Sesja: 29 stycznia – 11 lutego 2 lutego EGZAMIN

vdW molecules and clusters WYKŁAD 8 vdW molecules and clusters © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

Dygresja: potencjały molekularne w dalekim zasięgu R>>Re oddziaływanie pomiędzy dwoma neutralnymi atomami lub molekułami dygresja: pełne oddziaływanie vdW Epot-vdW(R) = Eel-stat(R) + Einduk(R) + Edyspers (R) = = – 2da2db2/3kT + αadb2+αbda2 + 3αaαb IaIb/2(Ia+Ib) R6 Keesom przyciągajace lub odpychajace + – przyciągające + – Debye London przyciągające + – + – + – gdzie: da , db - stałe elektryczne momenty dipolowe αa , αb - statyczne polaryzowalności dipolowe Ia , Ib - potencjały jonizacji © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 6

Molekuły vdW dimery atomu halogenku oraz atomu gazu szlachetnego XeCl, ArF molekuły, w których składowymi atomami są te z wypełnionymi powłokami e– dimery atomu metalu oraz atomu gazu szlachetnego NaAr, SrKr, BaNe, … ZnXe, CdAr, HgNe dimery gazów szlachetnych He2, Ne2, Ar2, Kr2, Xe2 dimery atomów grupy 2 i grupy 12 Be2, Sr2, Ba2, … Zn2, Cd2, Hg2 dimery atomu lub molekuły polarnej oraz atomu gazu szlachetnego Ar-CO, Ar-HF, C6H6-Ar dimery molekuł polarnych (NH3)2, (C6H6)2 © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

Molekuły vdW przykłady © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

Molekuły vdW dominujące wiązanie dyspersyjne pomiędzy indukowanymi dipolami elektrycznymi płytki potencjał z kilkoma poziomami oscylacyjnymi słabsze od wiązania chemicznego (jonowego), HCl słabsze od wiązania wodorowego (kowalencyjnego), H2 stabilny tylko w T▼ (np. wiązka naddźwięk.) © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

przykład He2 – najsłabsze wiązanie zmierzone doświadczalnie Molekuły vdW przykład He2 – najsłabsze wiązanie zmierzone doświadczalnie jeden poziom oscylacyjny w studni bardzo niewielka energia prowadzi do dysocjacji (8 cm–1) © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

wzbudzenie I2 do modów oscylacyjnych v’>0 ► predysocjacja Molekuły vdW przykład I2He wzbudzenie I2 do modów oscylacyjnych v’>0 ► predysocjacja © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

porównanie z kowalencyjnym i wodorowym Wiązanie vdW porównanie z kowalencyjnym i wodorowym wiązanie wodorowe © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

związane silniej w stanach wzbudzonych (NaKr) Molekuły vdW związane silniej w stanach wzbudzonych (NaKr) X1000 cm–1 70 cm–1 790 cm–1 © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

oscylacyjny stan podstawowy CO-Ar (v=0) Molekuły vdW przypadek CO-Ar ogólnie BC-A oscylacyjny stan podstawowy CO-Ar (v=0) © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

o wypełnionych powłokach © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8 ciecz pojedyncza cząsteczka klaster Molekuły vdW klastery N-atomowe C60 fuleren Ar105 w. kowalencyjne klastery atomów Gs o wypełnionych powłokach b. słabo związane puste sferyczne klastery 60 atomów węgla (C60) odkryte w 1985 roku, nazwane na cześć R. Buckminstera „Backy” Fullera fullerenami lub „backy balls” NN 1996: Curl, Kroto, Smalley Montreal Biosphère, 1967 klastery atomów metali są silniej związane i nie mają charakteru vdW

systemy N-atomowe (granice klaster-ciecz lub klaster-mikrokryształ) © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8 Klastery systemy N-atomowe (granice klaster-ciecz lub klaster-mikrokryształ) parametr część atomów klastera będąca na powierzchni promień atomu promień klastera małe klastery: Ns jest dużą częścią N duże klastery: maleje proporcjonalnie do dla r = 2.2 Å

Klastery systemy N-atomowe (granice klaster-ciecz lub klaster-mikrokryształ) istnieje krytyczny rozmiar klastera Nc , dla którego struktura klastera ustala się i w odpowiednio niskiej T klaster nie zmienia struktury mimo dodawanych kolejnych atomów jeśli T rośnie klaster może doznać przejścia fazowego ze stanu stałego do ciekłego ale tzw. TS zależy od rozmiaru klastera i osiąga makroskopową dla dużych N © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

Klastery klasyfikacje ► atomowe ArN lub molekularne (H2O)N ► mikroklastery N=2-15 (zasadniczo wszystkie atomy są na powierzchni (N=Ns) w zależności od rozmiaru ► małe klastery N=15-100 ► duże klastery N=100-1000 (początek do przejść w kierunku cieczy i ciał stałych) ► małe krople (nanokrople) i mikrokryształy N >1000 (początek własności cieczy i ciał stałych”) w zależności od wiązania ► klastery z wiązaniem metalicznym (klastery alkaliczne, rtęci, złota) ► klastery atomów gazów szlachetnych ► klastery z wiązaniem wodorowym (klastery wody, amoniaku) ► klastery molekularne (SiO)N, (CO)N ► klastery z wiązaniem kowalencyjnym SiN, CN © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

Klastery atomów gazów szlachetnych np. XeN małe energie wiązania stabilne tylko w niskich T ze względów energetycznych dla N <1000 preferują strukturę oparta na elementarnym czworościanie (struktura ikosahedralna) istnieją tzw. liczby magiczne Nm stabilne struktury Nm = 13, 55, 147, 309, … © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

Klastery atomów gazów szlachetnych np. XeN o stabilności energetycznej decyduje konfiguracja geometryczna istnieją tzw. liczby magiczne Nm stabilne struktury Nm = 13, 55, 147, 309, … © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

z atomem H poza płaszczyzną Klastery wody (H2O)N sieć płaska z atomem H poza płaszczyzną stabilność zapewniona przez wiązanie H-O PES z wieloma minimami i barierami (atomem H poza płaszczyzną) brak określonej regularności (symetrii) zachowanie dynamiczne anomalia © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

Klastery kowalencyjne CN SiN GeN klastery Ge pentagonalna bi-piramida N =7 N =12 ikosahedron N =13 bi-ikosahedron N =19 N =24 klastery C N < 6 ► struktury liniowe N > 6 ► struktury kołowe nanorurki C N = 70 ► puste „piłki” - fulereny pierścień C © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8

Wytwarzanie klasterów wiązki naddźwiękowe © J. Koperski, Wykład monograficzny 2008/09, Wykład 8