ГЕМИНАЛЬНАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ В ПРИСУТСТВИИ ОБЪЕМНЫХ ЗАХВАТЧИКОВ.
Новый подход к классической проблеме.

С.Г. Федоренко, А.А. Киприянов, А.Б. Докторов
ИХКГ СО РАН

Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность

Рожденные из материнской молекулы под действием света или радиации радикалы после термализации в инертном растворителе образуют геминальные (пространственно-коррелированные) пары. Протекающая затем между этими радикалами реакция может быть рассмотрена как рекомбинация изолированных геминальных пар, если концентрация претерпевших деструкцию материнских молекул достаточно мала. В этих условиях добавление в раствор однородно распределенных акцепторов одного из реагентов геминальной пары приводит к возникновению конкурирующей с геминальной рекомбинацией объемной реакции гибели радикалов на акцепторах. Проблема влияния реакции радикалов с акцепторами на геминальную рекомбинацию в литературе получила название проблемы захватчиков (“scavenger problem”). Сформулированная более пятидесяти лет назад, проблема интенсивно разрабатывалась экпериментально и теоретически, особенно в связи с открытием короткоживущих частиц, в частности, избыточного электрона. Эти работы привели к созданию мощного экспериментального метода исследования кинетики геминальной рекомбинации по стационарному выходу ее продуктов. Созданный метод, наряду с методом внешнего электрического поля, явился важнейшим инструментом исследования кинетики ион-радикальных процессов. Фактически, этот метод по идеологии и по значимости сравним с методом исследования квантового выхода концентрационного тушения люминесценции.

С развитием современных методов прямого наблюдения кинетики (в том числе и в ИХКиГ) проблема не утратила актуальности и нашла свое дальнейшее развитие в плане идентификации механизмов подобных многостадийных реакций и определения микроскопических параметров исследуемых систем.

Конкретная решаемая в работе задача и ее значение

Представленный цикл работ посвящен теоретическому исследованию проблемы захватчиков на основе современных подходов. Традиционное описание этой проблемы проводилось либо посредством включения в уравнение геминальной пары члена, учитывающего протекание объемной реакции с постоянной скоростью, либо в рамках суперпозиционного приближения, принимающего во внимание зависимость этой скорости от времени. В основу указанных подходов заложены представления о независимости геминальной и объемной реакций, игнорирующие пространственно-временные корреляции их протекания. Исследование роли этих корреляций и их влияния на интерпретацию эксперимента и является конкретной важной задачей настоящего цикла.

Используемый подход, его новизна и оригинальность

Используемый нами подход решения указанной задачи основан на исследовании оригинальной точно решаемой многочастичной модели проблемы захватчиков, впервые принимающей во внимание подвижности всех реагентов. Рассмотренная нами точно решаемая модель адресуется к геминальной рекомбинации и захвату на акцепторы избыточного электрона, движение которого в неполярных растворителях описывается случайными блужданиями посредством стохастических прыжков.

Полученные результаты и их значимость

Проведенные исследования показывают, что представления о независимости процессов геминальной и объемной рекомбинации могут стать неправомерными в связи с существенной ролью пространственно-временных корреляций. Установлено, что в таких системах роль корреляций столь значительна, что может привести к качественно неверной интерпретации эксперимента на основе общепринятых представлений. В частности, это может привести к значительным ошибкам в определении характерных времен геминальной рекомбинации (и, соответственно, начальных распределений в геминальных парах) из традиционно измеряемой концентрационной зависимости выхода продуктов геминальной рекомбинации. Более того, роль корреляций становится особенно заметной при определении константы скорости объемной реакции по скорости геминальной рекомбинации в присутствии захватчиков, - процедуре, составляющей основу экспериментальной методики, впервые предложенной в ИХКиГ.

Уровень полученных результатов в сравнении с мировым

По постановке задачи, оригинальности использованного метода и новизне полученных результатов представленная работа соответствует современному мировому уровню исследований. Материалы цикла были представлены в качестве устных докладов на международных конференциях в Сеуле (DAR-2002), Новосибирске (DAR-2006), Черноголовке (VII Voevodsky Conference, 2007). Работы цикла поддержаны грантом программы № 1 ОХНМ РАН "Теоретическое и экспериментальное изучение природы химической связи и механизмов важнейших химических реакций и процессов" (проект 5.1.5) и грантом РРФИ (проект 05-03-32651).

Список прилагаемых статей:

1. S. G. Fedorenko, A. A. Kipriyanov, A. B. Doktorov. Physica A ,v.345, 421-434 (2005).

2. A. A. Kipriyanov, S. G. Fedorenko, A. B. Doktorov. Chem. Phys. ,v.320 (2005) 9-20.

3. S. G. Fedorenko, A. A. Kipriyanov. Chem.Phys.Lett., v.428 (2006) 200-206.

4. S. G. Fedorenko, A. A. Kipriyanov, A. B. Doktorov. Chem.Phys.Lett., v.436 (2007) 104-110.

5. А. А. Киприянов, А. Б. Докторов. Хим. Физика, т. 26, №2, 2007, с. 36-45.

6. С. Г. Федоренко, А. А. Киприянов. Хим. Физика, т. 26, №5, 2007, с. 51-61.