붕괴기법

Decay technique

화학에서 붕괴 기법은 다른 화합물의 방사능 붕괴에 의해 활성산소, 탄화수소, 기타 잠재적으로 불안정한 공밸런스 구조물과 같은 화학 종을 발생시키는 방법이다.예를 들어, 삼중수소 라벨 분자의 붕괴는 이온화된 헬륨 원자를 생성하며, 이는 양이온 분자 파편을 남기기 위해 분리될 수 있다.

이 기술은 1963년 이탈리아 화학자에 의해 개발되었다.로마 대학의 풀비오 카케스.[1]그것은 그렇지 않으면 접근할 수 없는 수많은 화합물과 반응에 대한 연구를 가능하게 했다.[2][3][4]그것은 또한 헬륨 하이드라이드 이온의 화학에 대한 현재의 많은 지식을 제공했다. [헤헤.+[2]

탄수화물 발생

기본법에서는 질량 3을 가진 수소의 방사성 동위원소인 삼중수소 H의 원자에 의해 원하는 급진 또는 이온의 빈 결합이 충족되는 곳에 분자(R,RRD,RRD) C-T를 준비한다.삼중수소는 베타 붕괴를 겪으면서(반감기가 12.32년) 헬륨-3의 이온으로 변환되어 양이온(R,RRD,RRD)C-[3He]+[2]을 생성한다.

붕괴 시, 전자와 안티뉴트리노는 삼중수소 핵으로부터 엄청난 속도로 배출되어 중성자 중 하나를 양성자로 변화시키고, 18,600개의 에너지의 방출로 인해 에너지를 방출은 18,600개의 전자볼트(eV)이다.중성미자는 계통을 빠져나간다; 전자는 일반적으로 짧은 거리 내에 포획되지만, 분자로부터 상실된 것으로 간주할 수 있을 정도로 부패 부위에서 충분히 멀리 떨어져 있다.이 두 입자는 방출된 에너지의 대부분을 운반하지만, 그 이탈로 핵이 반동을 일으켜 약 1.6 eV의 에너지가 발생한다.이 반동 에너지는 탄소-헬리움 결합 강도(약 1eV)보다 크기 때문에 이 결합은 깨진다.헬륨 원자는 거의 항상 중립적인 상태로 남아서 탄수화물[(R,RRR,RR)C]+[2]을 남겨둔다.

이러한 사건들은 전형적인 분자 이완 시간에 비해 매우 빨리 발생하기 때문에, 탄수화물은 대개 원래의 중성 분자와 동일한 순응과 전자적 구성으로 만들어진다.예를 들어 삼중수소 메탄의 붕괴, CHT3(R = R r = R″ = H)는 카르베늄 이온 HC를3+ 사면 순응으로 생성하며, 궤도 중 하나는 손상되지 않은 전자 한 개를 가지고 있고, 나머지 세 개는 삼각 피라미드를 형성하고 있다.그러면 이온은 이온의 진동과 회전에 들어가는 약 30 kcal/mol의 에너지를 방출하면서 보다 유리한 삼각 평면 형태로 이완된다.[2]

그러면 탄수화물은 다른 수단으로 달성할 수 없는 많은 반응에서 주변 분자와 상호작용할 수 있다.희귀한 가스 안에서 형성되었을 때, 탄수화물과 그 반응은 질량 분광법에 의해 연구될 수 있다.그러나 이 기술은 응축된 물질(액체와 고체)에도 사용될 수 있다.액체 단계에서는 탄수화물이 초기에는 모분자와 동일한 용해 상태로 형성되며, 주변의 용제 껍질이 재배열할 시간이 생기기 전에 일부 반응이 일어날 수 있다.[2]결정 고형에서, 양이온은 동일한 결정 부위에서 형성되며, 다른 시약의 특성, 위치 및 방향은 엄격히 제한된다.[5][6]

급진적 형성

응축 국면에서는 탄수화물도 주변 분자로부터 전자를 얻을 수 있어 전기적으로 중립적인 급진성이 된다.예를 들어, 결정체 나프탈렌에서 1(2) 위치에서 수소를 대체하는 삼중수소를 가진 분자는 붕괴에 의해 그 위치에서 양전하를 가진 양이온으로 변하게 될 것이다.그러나 그 전하가 격자를 통해 운반되는 전자에 의해 빠르게 중화되어 분자를 1-나프틸(또는 2-나프틸) 급진으로 변화시킬 것이며, 이들은 170K(-103°C) 이하의 고체에 갇혀 안정적이다.[5][6]

영구 바인딩 구조

탄소-헬륨-이온 결합은 자연적으로 파괴되고 즉시 탄소를 발생시키는 반면에 헬륨에 대한 다른 원소의 결합은 더 안정적이다.예를 들어 분자 삼중수소 T 또는2 삼중수소-수소 HT.붕괴 시 이들은 안정적인 헬륨 수화물 이온[HeH](+존중적으로 3[HeT]+ 또는 3[HeH])+을 형성하며, 이 이온들은 지속될 수 있을 만큼 안정적이다.이 양이온은 알려진 것 중 가장 강한 산이라고 주장되며, 이 양이온과 접촉하는 다른 분자를 양성할 것이다.이것은 다른 방법으로 얻을 수 없는 양이온을 만드는 또 다른 경로다.특히 [HeH]+ (또는 [HeT])+는 카보늄 이온 [CH5]+ (또는 [CHT4])+[2]에 메탄 CH를4 양성한다.

삼중수소 전구체의 베타 데카이에 의해 형성되었을 때 안정적일 것으로 기대되는 다른 구조로는 HelLi+, BHe253+, Behe가 있다.이론적 계산에 따른 HHe3+.[7][8]

기타 핵 붕괴 과정

삼중수소를 제외한 다른 원소의 방사성 동위원소 붕괴는 다른 안정적인 공밸런스 구조를 산출할 수 있다.예를 들어, 과브롬산염 이온의 첫 번째 성공적인 합성은 셀레늄-83 원자의 셀레늄-83 원자의 베타 붕괴를 통한 것이었다.[9]

83
SEO2−
4 → BrO−
4 + β−

제논을 주기 위한 요오드-133의 붕괴는 페닐xenonium의 경로로 보고되며, 이와 마찬가지로 다양한 구조물에서 비스무트-210의 붕괴도 오르가노폴로늄 구조로의 경로로 보고된다.[10]

현실적 고려

실제로 이 방법을 사용하는 데 있어 주요한 어려움은 삼중수소의 한 원자의 붕괴에 의해 방출되는 정력적인 전자가 그 경로에서 수백 개의 다른 분자들을 분해, 수정, 이온화 또는 흥분시킬 수 있다는 것이다.이 파편과 이온은 더 많은 생산물을 생산하는 주변 분자와 더욱 반응할 수 있다.특별한 주의사항이 없다면, 이러한 "방사성" 제품과 반응들을 양이온의 돌연변이와 반응으로 인한 "핵생성" 제품과 구별하는 것은 불가능할 것이다 [(R,RR,RR,RR)C].+[2]

이 문제를 극복하기 위해 캐커스와 그의 팀이 개발한 기술은 수산화물을 대체하는 최소 두 개의 삼중수소 원자가 있는 시작 화합물을 사용하고 이를 다량의 미신화 화합물에 희석시키는 것이다.그러면 방사성 물질은 모두 라벨이 부착되지 않은 반면 핵물질은 여전히 삼중수소로 라벨이 표시될 것이다.후자는 훨씬 더 많은 수의 방사성 제품에도 불구하고 신뢰성 있게 추출, 측정 및 분석할 수 있다.또한 높은 희석률은 베타 전자가 다른 삼중수소 분자와 거의 부딪히지 않을 것임을 보장한다.[2]

과학 문학

이 기술에 관한 많은 논문들이 주로 카카체와 라 사피엔자의 그의 후계자들에 의해 발표되었다.[1][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][3][28][29]1993년 M. Speranza에 의해 철저한 조사가 제공되었다.[2]

참조

  1. ^ a b 풀비오 캐커스(1964):1963년 Bruxelles 표시된 분자의 준비 및 저장 방법에 관한 회의의 진행 상황, 179페이지.Euratom 보고 1625 유로.e.
  2. ^ a b c d e f g h i j 마우리치오 슈페란자(1993) : "탄화탄소 생성용 트리튬"케미컬 리뷰, 제93권, 제8권 2933-2980쪽. doi:10.1021/cr00024a010.
  3. ^ a b 풀비오 캐커스(1990년) : "이온화학에서의 핵 붕괴 기술"과학, 제250권, 제4979호, 392-399쪽. 도이:10.1126/과학.250.4979.392.
  4. ^ G. P. Akulov(1976): "삼중수소 화합물에서 삼중수소의 β-decay에 의해 시작된 이온 분자 반응"("Ionn-molekolyarnye reaktsii, initsiiiirovanniye β-raspadom triitiya v trietronikh sohnienienieniiiiienienienienik)").Uspekhi Khimii (USSR), 제45권, 제2권, 1970-1999페이지. (No DOI)
  5. ^ a b 로저 본 로이드, 프랭크 A.마그노타와 데이비드 엘든 우드(1968년) : "고체 나프탈렌-1-t에서 방사성 붕괴에 의해 시작된 자유방사성 반응에 대한 전자파파 자기공명 연구."미국화학협회지, 제90권, 25권 7142-7144페이지. 도이:10.1021/ja01027a057
  6. ^ a b V. 로이드와 D.E. Wood(1970): "삼중수소 붕괴에 의해 생성된 1-나프틸 및 2-나프틸 활성산소의 EPR 연구"화학물리학 저널, 제52권, 2153-2154쪽. doi:10.1063/1.167326952
  7. ^ Cacace, Fulvio (1990). "Nuclear Decay Techniques in Ion Chemistry". Science. 250 (4979): 392–399. Bibcode:1990Sci...250..392C. doi:10.1126/science.250.4979.392. PMID 17793014.
  8. ^ Ikuta, Shigeru; Yoshihara, Kenji; Shiokawa, Takanobu (1977). "Fragmentation by Beta-Decay in Tritium-Labelled Compounds, (III): Potential Energy Curves of LiHe+, BeHHe+ FHe+ Resulting from LiT, BeHT and FT". Journal of Nuclear Science and Technology. 14 (10): 720–722. doi:10.1080/18811248.1977.9730829.
  9. ^ Appelman, E. H. (1973). "Nonexistent compounds. Two case histories". Accounts of Chemical Research. 6 (4): 113–117. doi:10.1021/ar50064a001.
  10. ^ Nefedov, V. D.; Toropova, M. A.; Sinotova, E. N. (1989). Usp. Khim. 88: 883. {{cite journal}}: Appelman(1973)에서 인용한 누락 또는 비어 있음(도움말)
  11. ^ 풀비오 카카오스, 지오반나 시라니, 안젤로 과리노(1966) : "삼중수소 분자의 핵 붕괴에 의해 형성된 이온 매개체의 반응에 대한 추적 연구I. 메탄-t4"미국화학학회지 제88권 제13호, 페이지 2903–2907. 도이:10.1021/ja00965a004
  12. ^ 풀비오 카카오스(1970년) : "삼중수소 분자의 붕괴에서 나오는 가스 카보늄 이온"물리적 유기 화학의 진보, 제8권, 페이지 79-149. doi:10.1016/S0065-3160(08)60321
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  14. ^ 피에루이지 지아코멜로와 풀비오 카카스(1976년) : "테르트부틸(1+) 이온에 의한 자일렌의 가스상 알킬화"미국화학학회지 제98권 제7호 1823–1828.doi:10.1021/ja00423a029호
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  26. ^ 마리나 아티나, 풀비오 카카스, 줄리아 데 페트리스(1085) : "기체 양이온에 의해 대체된 아닐린 알킬화의 근내 선택성"미국화학회지 제107권, 제6권 1556~1561쪽. 도이:10.1021/ja00292a017
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  29. ^ 풀비오 카카체, 마리아 엘리사 크레스토니, 시몬타 포나리니, 디트마르 쿠크(1993) : "1,2-디페닐탄의 가스상 알킬화에서 온열 아레늄 이온의 연간 양성자 전달"미국화학학회지 제115권, 발행부수 3, 1024-1031쪽. 도이:10.1021/ja00056a029