Estudios espectroscópicos y de relajación y condensación en expansiones supersónicas

Resum

A lo largo de este trabajo se describe la instalación y puesta a punto de un sistema para la producción de chorros supersónicos y haces moleculares, así como los resultados obtenidos en los primeros estudios experimentales de espectroscopía de alta resolución, relajación y condensación realizados con él. Para la formación de chorros y haces supersónicos se han usado expansiones de gases a vacío a través de distintas toberas montadas sobre válvulas pulsadas. Para el análisis de los haces formados se ha instalado un espectrómetro de masas con ionización por bombardeo electrónico y filtro cuadrupolar. La combinación del sistema de haces moleculares con la técnica de espectroscopía raman estimulada (srs) ha permitido por primera vez en nuestro grupo el registro de espectros de alta resolución (<0.008 cm-1) de moléculas en fase gaseosa a temperaturas inferiores a 30 k. Los primeros problemas de interés espectroscópico abordados con nuestro sistema experimental han sido la zona de la tensión simétrica c-h del etano y la tensión simétrica ch2 (banda v1) del etileno. En el caso del etano la simplificación espectral conseguida en chorro supersónico ha permitido identificar algunas resonancias de coriolis torsionales como las causantes de las principales perturbaciones en esta región espectral. En el caso del etileno no existía en la bibliografía ningún estudio raman en la banda considerada en este trabajo, que además es inactiva en infrarrojo. Las medidas realizadas han permitido determinar de modo muy preciso el origen de la banda y refinar los valores bibliográficos de las constantes rotacionales del primer estado vibracional excitado. Con las técnicas experimentales descritas se han llevado a cabo estudios de relajación rotacional y translacional para n2 y ch4 en chorros supersónicos pulsados. Para el análisis de los resultados obtenidos hemos utilizado un modelo de relajación rotacional lineal que acopla la temperatura rotacional con un baño térmico dado por la temperatura isentrópica del movimiento translacional. Con las mismas técnicas usadas en la relajación hemos estudiado procesos de condensación en expansiones supersónicas de ar, n2, ch4 y co2, y en mezclas de los gases moleculares con ar y he. La presencia de agregados moleculares (clusters) se comprobó con el espectrómetro de masas. Cuando los procesos de condensación son importantes, el calor liberado produce una serie de efectos observables en las medidas (desviación de las temperaturas rotacionales respecto al comportamiento isentrópico, aumento de las temperaturas translacionales finales y de las velocidades terminales de flujo, deformaciones en los picos de tiempo de vuelo debidos a contribuciones de monómeros fragmentados en la ionización de los clusters por bombardeo electrónico). Para las condiciones de nuestros experimentos se han aplicado la teoría clásica de nucleación homogénea y leyes semiempíricas de escala.