Dynamical interrogation of the hydration cage of bromine in single crystal clathrate hydratesversuswater

文献情報

出版日 2008-10-21
DOI 10.1039/B811529J
インパクトファクター 3.676
著者

I. U. Goldschleger, G. Kerenskaya, V. Senekerimyan, K. C. Janda, V. A. Apkarian


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要旨

We report transient grating measurements carried out on single crystals of bromine clathrate hydrates and on bromine dissolved in water. In all cases, excitation into the B-state of Br2 leads to prompt predissociation, followed by cage-induced recombination on the A/A′ electronic surfaces. In liquid water, the vibrationally incoherent recombinant population peaks at t = 1 ps and decays with a time constant of 1.8 ps. In the hydrate crystals, the recombination is sufficiently impulsive to manifest coherent oscillations of the reformed bond. In tetragonal TS-I crystals, with the smaller cages, the recombination is fast, t = 360 fs, and the bond oscillation period is 240 fs. In cubic CS-II crystals, the recombination is slower, t = 490 fs, and the visibility of the vibrational coherence, which shows a period of 290 fs, is significantly reduced due to the larger cages and the looser fit around bromine. The mechanical cage effect is quantified in terms of the recombination time-distribution, the first three moments of which are associated with size, structural rigidity, and anelasticity of the cage. In the crystalline cages, the distribution is symmetric about the mean: mean time tm = 300 fs, 400 fs and standard deviation σ = 70 fs, 100 fs, in TS-I and CS-II, respectively. The finding is consistent with the assignment of occupied cages: principally 51262 polyhedra in TS-I and 51264 polyhedra in CS-II. In liquid water, with diffuse cages, the distribution characterized by tm = 555 fs and σ = 400 fs, is strongly skewed (γ1 = 1.88) toward delayed recombination—the effective liquid phase hydration shell is larger than that in a hydrate phase, structurally disordered, and anelastic. Information about dipolar disorder, comparable in all three media, is extracted from electronic predissociation rates of the B-state, which is sensitive to the symmetry in the guest–host interaction.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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年間論文数: 3036

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