Tworzenie dianionów w nanokroplach helu

Profesor Andrew Ellis (University of Leicester, UK) przez kilka lat współpracował z naukowcami z Instytutu Fizyki Jonów (University of Innsbruck, Austria) badając zachowanie cząsteczek chemicznych w ciekłym helu. Odkryli oni, że atomy helu mogą nabyć nadmiar ujemnego ładunku, który umożliwia im stanie się agresywnymi reagentami.

Hel jest znany jako niereaktywny gaz, ale w momencie schłodzenia do temperatury zera absolutnego staje się nadcieczą – dziwną formą stanu ciekłego (wśród innych dziwnych właściwości, ze względu na zerową lepkość i duże siły kapilarne – silniejsze od sił grawitacji – ciekły hel może płynąć pod górę). Anglo – austriacki zespół stworzył nanokropelki nadciekłego helu poprzez poddanie helu kombinacji wysokiego ciśnienia i niskiej temperatury oraz przepchanie go przez pory o średnicy 5 µm do komory próżniowej.

Naukowcy przepuścili kropelki helu przez komórki zawierające fulereny C60 lub C70, a otrzymaną mieszaninę potraktowali wiązką elektronów o energii 0k. – 150 eV. Klastry pięciu lub więcej fulerenów stały się dianionami, w momencie traktowania wiązką o energii 22 eV. Stworzenie stosunkowo stabilnych dianionów fulerenów w ciekłym helu otwiera nowy obszar badawczy dla chemików.

Pomimo ograniczeń związanych z prawem Coulomba, tj. odpychania się jednoimiennie naładowanych cząstek, w tym przypadku elektronów, dianion powstał dzięki obecności ciekłego helu. Atomy helu posiadają dwa elektrony w stanie podstawowym, ich ładunek ujemny jest równoważony przez dwa dodatnio naładowane protony. Pierwszy orbital wokół jądra atomowego może posiadać tylko dwa elektrony, stąd obojętność chemiczna. Jednakże, wiązka elektronów o odpowiedniej energii pobudza jeden z tych elektronów powodując przeskok na następny orbital, przez co tworzy się bardzo reaktywny anion helu: He. Przy odpowiedniej wielkości cząsteczek, elektrony przeskakują na fulereny tworząc (C60)n2− lub (C70)n2−. To parowanie elektronów, które zazwyczaj się odpychają, jest najprawdopodobniej wspomagane przez bardzo niską temperaturę (4 K) wewnątrz kropli helu i przypomina zachowanie par elektronowych w nadprzewodnikach[1].

Profesor Ellis uważa, ze: „Nic takiego nie zaobserwowano wcześniej i pomysł helu jako donora elektronów jest czymś zupełnie nowym, czymś coś będzie początkiem nowej gałęzi chemii, a nasz zespół badawczy analizuje obecnie jak inne procesy chemiczne mogą wpływać na ten niezwykły reagent”.

  1. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201408172/abstract;jsessionid=EB916E7F625932821B0410A07206545E.f02t01
  2. http://www.sciencedaily.com/releases/2014/10/141024082550.htm
  3. University of Leicester, Liquid helium offers a fascinating new way to make charged molecules, ScienceDaily, 24 October 2014. 

Opracował: Łukasz Kurach

Korekta: Magdalena Senderowska

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

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


*