Dipoolmoment draait door

In dit artikel:

Onderzoekers van de Radboud Universiteit hebben aangetoond dat het dipoolmoment van een polair molecuul niet permanent hoeft te zijn. Bij zeer koude botsingen tussen ammoniakmoleculen kan kwantumtunneling de ladingsverdeling voortdurend omkeren, waardoor het molecuul tijdelijk niet langer asymmetrisch geladen is. Daardoor neemt de kans op interactie tussen de moleculen sterk af. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Chemistry.

De ontdekking kwam voort uit experimenten met koude moleculen van de groep van experimenteel fysicus Bas van de Meerakker en theoretische berekeningen van Tijs Karman. Eerdere metingen met stikstofmonoxide lieten onverwacht weinig chemische activiteit zien, maar de daarvoor benodigde extreem lage botsingsenergieën waren technisch onbereikbaar. Ammoniak bood wel mogelijkheden, omdat daarin de zogenoemde inversiesplitsing sterker is. Door kwantumtunneling kan de stikstofkern tussen twee posities bewegen; bij lagere botsingssnelheden wordt het dipoolmoment daardoor als het ware uitgeschakeld.

Om dit te testen bouwde het team een nieuwe opstelling met een 2,6 meter lange Stark-decelerator en nauwkeurig afgestelde elektrische velden. Daarmee konden twee bundels met dezelfde polariteit toch onder een kleine hoek op de juiste plek botsen en spectroscopisch worden onderzocht. De metingen bevestigden zowel het voorspelde afnemen van de interactie bij lage energie als het verschil tussen normaal ammoniak en zwaar ammoniak (ND3). De zwaardere moleculen tunnelen trager, waardoor het effect daar minder sterk is.

De onderzoekers willen in vervolgonderzoek het dipoolmoment gericht aan- en uitzetten. Dat zou de kans op een reactie kunnen sturen en mogelijk ook controle geven over de gevormde reactieproducten, waardoor chemische processen veel preciezer regelbaar worden.