В начале 1980-х годов ученые-химики выдвинули предположение о том, что в определенных переходных состояниях система, состоящая из одного атома легкого химического элемента, зажатого между двумя атомами тяжелых элементов, может быть связана не силами Ван-дер-Ваальса, а некой "колебательной" связью, возникающей в результате колебательных движений легкого атома. Однако, несмотря на то, что поисками такого вида химической связи занимались несколько групп ученых, эти поиски закончились неудачно из-за нехватки подтверждающих экспериментальных данных, что, в свою очередь, было обусловлено несовершенством и малой точностью исследовательских методов квантовой химии.

А недавно группа, возглавляемая Йорном Манцем (Jorn Manz), ученым из Свободного университета в Берлине и университета Шаньси в Китае, объявила о том, что им удалось собрать все необходимые теоретические и экспериментальные данные, демонстрирующие существование устойчивых колебательных связей. Все эти данные были собраны в ходе ряда экспериментов реакции бромоводорода (BrH) с бромом (Br), в результате которой получился радикал BrHBr. Ключом, который обеспечил успех экспериментов, стало использование в реакциях различных изотопов водорода, в частности мюония (Mu), полученного из массивного мюонного гелия.

В ходе экспериментов ученые составили своего рода карту, на которой было отражено распределение поверхностной потенциальной энергии системы, некого энергетического "пейзажа" со своими возвышениями и впадинами, и распределение так называемой энергии нулевых колебаний (vibrational zero point energy, ZPE). Классические химические связи образуются с целью максимально возможного снижения потенциальной энергии системы. Однако, при определенных условиях снижения потенциальной энергии не происходит, а вместо этого снижается количество колебательной ZPE-энергии, в результате чего химическая система стабилизируется не традиционной, а колебательной химической связью, на что и указали данные составленной карты.



Для определения значений энергий и других величин ученые использовали множество приемов из области квантовой химии. Изучение поведения атомов, как квантовых частиц, показало, что атомы тяжелых изотопов, сцепляющиеся в трехатомное соединение, удерживаются при помощи сил Ван-дер-Ваальса. Однако, сверхлегкий атом мюония, участвующий в химической реакции вместо одного из тяжелых атомов, приводит к кардинальному изменению всей картины, несмотря на увеличение общей потенциальной энергии системы, она, эта система, стабилизируется и удерживается посредством колебательной связи.

"Получив стабильный радикал BrMuBr, мы показали первую химическую систему, связанную при помощи колебательной связи" - рассказывает Манц, - "Собранные об этом радикале данные указывают на необычную изотопную природу этого химического соединения. И именно эта необычная природа может послужить объяснением некоторых экзотических эффектов, которые оставались непонятными для ученых по нынешний день".



Ключевые слова:
Квантовая, Химия, Связь, Сила, Колебания, Атом, Тяжелый, Легкий, Бром, Водород, Изотоп, Мюоний

Первоисточник

Другие новости по теме:

Ученым впервые удалось измерить изменения энергии атомов во время химической реакции

Ученые обнаружили химические реакции в облаках холодного межзвездного газа, протекающие за счет эффекта квантового туннелирования

Ученым удалось измерить самые слабые силы взаимодействия между отдельными атомами

Ученым удалось заставить атом потерять рекордное количество электронов

Управление квантовым состоянием нано-объекта впервые реализовано при помощи механической системы

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.