Техника - молодёжи 1986-10, страница 23

он обязательно возникнет (наведенный дипольный момент). В этом случае говорят о поляризации частицы. В переменном электромагнитном поле и дипольный момент будет, конечно, переменным.

Атомы и молекулы поляризуются в электромагнитном поле. Первые за счет смещения электронных оболочек относительно ядер, а вторые — перемещения атомов разного типа при несимметричном рас-

• •

тить мембрану лазерным лучом. В зависимости от длины волны из лучения задерживаются те или иные молекулы. При этом диаметр каналов больше размеров молекул. Обратите внимание — на третьем рисунке размеры каналов такие же, как и во втором случае. Но под действием лазера проходят только маленькие молекулы. В четвертом случае ситуация уникальна — крупные молекулы проходят сквозь мембрану, мелкие — нет*

пределении в молекулах электронной плотности. Но говоря о поляризации молекул, нельзя забывать об их внутреннем строении. Атомы в молекуле непрерывно находятся в колебательном состоянии, они как бы связаны пружинками. «Отклик» такой системы на внешнее воздействие поля сильно зависит от его частоты. Наибольший эффект наступает при резонансе, когда ча

стота поля совпадает с частотой внутренних колебаний молекул. Если смесь молекул разных сортов облучить лазером, то поляризованными окажутся только те, у которых частота внутренних колебаний совпадает с частотой лазерного излучения. Так лазер может селективно (избирательно) действовать на молекулы, вызывать их резонансную поляризацию.

Молекулы с наведенным диполь-ным моментом взаимно притягиваются, если расположены друг от друга на расстоянии порядка длины волны излучения. В газе на такой дистанции они соседствуют очень короткое время. И поэтому поляризационное взаимодействие между ними слабо. Но когда молекулы находятся около поверхности, ситуация в корне меняется. Дело в том, что она обычно покрыта слоем таких же молекул. С ними и взаимодействует подлетающая к поверхности молекула. А если поверхность абсолютно «чистая»? И в этом случае произойдет поляризационное взаимодействие? В материале стенки, как в зеркале, отражается наведенный дипольный момент молекулы: «оригинал» взаимодействует со своим «отражением», и молекула притягивается. Таким образом, пока молекула движется,около поверхности стенки, в поле резонансного (совпадающего с частотой ее внутренних колебаний) излучения, она все время испытывает силу притяжения к поверхности, то есть происходит увеличение ее адсорбционного потенциала.

Это увеличение потенциала может быть очень значительным. При тех интенсивностях излучения лазеров, которые обычно используются в лабораторной практике, изменение адсорбционного потенциала может составлять заметную его долю и даже быть больше кинетической энергии молекулы. Другими словами, с помощью лазерного излучения создается резкое отличие молекул определенного сорта от всех прочих (резонансных от нерезонансных). Перестраивая лазер по частоте генерации, можно передавать эти отличительные свойства любому сорту молекул.

Взаимодействие «излучение + +молекула+поверхность» эффективно на расстояниях порядка длины волны. Длина волны резонансных колебаний большинства молекул лежит в диапазоне 5—10 мкм.

Именно на таких расстояниях молекула способна «чувствовать» стенку. Значит, вместо мелкопористых сред можно брать «сита» с гораздо более крупными отверстиями, что и позволит повысить производительность мембранной селекции во много раз.

Но все это теоретически. А практически? Как проверить, что молекула в поле лазерного излучения действительно лучше притягивается поверхностью? Мы провели простой эксперимент. Через сосуд с молекулами газообразного брома пропустили луч аргонового лазера. Эти молекулы резонансны его зеленому излучению. И если наши предположения о механизме взаимодействия «излучение + молекула + поверхность» верны, то на стенке сосуда там, где ее пересекает луч, должно осесть больше молекул брома, чем в других местах. Опыт полностью подтвердил ожидаемое. Действительно, в зоне луча на поверхности осаждалось больше брома, чем на неосвещенных участках стенки. При выключении лазера количество брома в этой зоне снова возвращалось к первоначальному равновесному значению — монослой молекул у поверхности.

Конечно, один эксперимент, даже самый убедительный, не может раскрыть всех хитростей поведения молекул у поверхности при облучении. Изучение этих процессов только началось, и уже сейчас перед исследователями стоит множество вопросов. Вот лишь некоторые из них:

— Можно ли вместо лазерного излучения использовать солнечный свет?

— Какова должна быть мембрана для лазерной селекции конкретных веществ?

— Как использовать описанные методы в промышленности?

— Возможно ли лазерными методами проводить разделение жидкостных растворов и жидкостей?

Эти и другие вопросы, связанные с управлением лазерным молекулярным «ситом», планомерно исследуются в Институте общей физики АН СССР. Перспективность таких исследований несомненна. Ведь применение лазерных мембранных методов — техника будущего. И возможно, ответы на интересующие ученых вопросы смогут в скором времени дать те, кто сегодня держит в руках этот номер журнала.

К ВЫСОТАМ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА