Odkryto nowy typ wiązań chemicznych

Naukowcy wierzą, że w oparciu o efekt izotopowy udało im się potwierdzić w sposób doświadczalny istnienie nowego rodzaju wiązania chemicznego. Pierwsze wzmianki o możliwości tworzenia się tego typu wiązania pojawiły się już 30 lat temu, jednakże ze względu na brak doświadczalnych dowodów i przekonujących wyników uzyskanych za pomocą ówczesnych metod chemii kwantowej, jego istnienie nie zostało oficjalnie zaakceptowane.

Odkryto nowy typ wiązań chemicznych

Rys.1 Wiązanie wibracyjne, mion pomiędzy atomami bromu

W 1980 roku zaproponowano, że w pewnych stanach przejściowych zawierających bardzo lekki atom umieszczony pomiędzy  dwoma cięższymi, stabilizacja układu odbywa się nie dzięki działaniu sił van der Waals’a, lecz dzięki drganiom wibracyjnym, które lekki atom przenosi na swoich cięższych sąsiadów. Pomimo utworzenia kilku grup badawczych, żaden z takich układów nie został odkryty i poszukiwania zakończyły się niepowodzeniem. Niedawno, zespół Jörna Munza z Uniwersytetu Freie w Berlinie i Uniwersytetu Shanxi w Chinach ogłosił, że posiada teoretyczne i eksperymentalne dowody na istnienie wiązań wibracyjnych.

Naukowcy przeprowadzili serię teoretycznych eksperymentów na reakcji BrL z Br w celu uzyskania rodnika BrLBr, gdzie L oznacza różne izotopy wodoru. Od stosunkowo ciężkich: BrHBr, BrDBr, BrTBr i Br4HBr (4H oznacza mioniczny atom helu, czyli najcięższy izotop wodoru) po bardzo lekki mion (MU) o masie około 40 razy mniejszej niż 4H [1].

Zespół stwierdził, że głównymi parametrami wpływającymi na tworzenie się wiązań wibracyjnych są: energia potencjalna powierzchni i mechaniczny parametr kwantowy, tzw. wibracyjny punkt energii zerowej (ZPE z ang. zero point energy). Klasycznie, wiązanie będzie powstawało, jeśli temu procesowi będzie towarzyszyło obniżenie się energii potencjalnej układu. Jednakże, w pewnych okolicznościach, gdy obserwuje się znaczące zmniejszenie wibracyjnego ZPE, warunek obniżenia wartości energii potencjalnej nie musi być spełniony, aby w układzie powstawały stabilizującego go wiązania wibracyjne. Naukowcy posłużyli się chemią kwantową w celu obliczenia wartości tych parametrów oraz zbadania zachowania się izotopów wodoru. Okazało się, że dla trzech cięższych izotopów w badanym układzie trójatomowym występowały klasyczne wiązania van der Waals’a. Natomiast dla ultralekkiego mionu duże zmniejszenie wibracyjnego ZPE doprowadziło do stabilizacji układu za pomocą wiązań wibracyjnych, pomimo wzrostu jego energii potencjalnej.

Wiarygodność prezentowanych wyników mogą potwierdzić badania prowadzone przez współpracownika profesora Monza, Donalda Fleminga, który wykazał, że rodnik BrLBr nie jest jedynie teoretycznym tworem lecz może istnieć w przyrodzie[2].

  1. D G Fleming et al.,  Chem. Int. Ed., 2014, DOI: 10.1002/anie.201408211
  2. D G Fleming et al,  Chem. Chem. Phys., 2013, 14, 10953 (DOI: 10.1039/C2CP41366C)
  3. http://www.rsc.org/chemistryworld/2014/10/isotope-effect-produces-new-type-chemical-bond

Opracowała: Ilona Sadok

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*