Химики впервые коснулись атомов водорода — Naked Science
13.05.2017
Редакция Naked Science

Химики впервые коснулись атомов водорода

Химики из Японии и Швейцарии описали первую технику для непосредственного наблюдения атомов водорода и оценки водородных связей.

untitled-2
©Wikipedia

По современным представлениям, из водорода состоит 75 процентов барионной материи, что делает его наиболее распространенным химическим элементом. Благодаря чрезвычайно высокой реакционной способности водород может формировать ковалентные связи почти со всеми неметаллами, в частности углеродом и кислородом. Изучение этих свойств важно для понимания эволюции Вселенной, а также промышленности и медицины. Однако существующие способы выявления водорода в молекулах ограничены. Так, методы кристаллографии и спектроскопии часто не обладают нужной чувствительностью, а сканирующая электронная микроскопия не позволяет «нащупать» атомы непосредственно.

 

Более точные измерения обеспечивает атомно-силовая микроскопия. В 2015–2016 годах эта техника, с применением CO-модифицированных зондов (напыление монооксида углерода помогает лучше предсказать геометрию молекул), разные группы ученых сделали серию открытий при описании ковалентных связей. Тем не менее, до сих пор речь, как правило, шла о планарных (плоских) молекулах. При их «ощупывании» молекула CO на зонде нередко отклонялась, что в двух случаях (1, 2) даже привело к обнаружению невозможных связей. Вместо этого авторы новой работы адсобировали на подложку объемные молекулы тринапто[3.3.3]пропеллана (TNP) и трифлуорантено[3.3.3]пропеллана (TFAP) с внешними связями C—H.

 

Дизайн эксперимента, валентный угол, трехмерная модель TFAP и соответствующее ей изображение / ©Shigeki Kawai et al., Science Advances, 2017

 

 

При наблюдении сбоку оба типа молекул имели форму трехлопастного воздушного винта с большим (TFAP) или меньшим (TNP) числом атомов водорода. Поскольку высота боковых «лопастей» TNP на 140 пикометров короче высоты центральной, при вертикальной ориентации первые, из-за отрицательного сдвига частоты, казались темнее, а последняя — светлее. При этом на молекулах, лежащих на ребре, авторы могли различить высококонтрастные атомы водорода. Схожая картина наблюдалась для TFAPs, однако для них специфическая самосборка была нехарактерна. Контрастность изображения сильно зависела от расстояния: положительный сдвиг частоты начинался за 100 пикометров до атомов.

 

Видимое расстояние между атомами несколько превышало расчетное — 300 пикометров вместо 246 пикометров, что может отражать специфику изучения объемных молекул. Расчетный валентный угол также приближался к наблюдаемому — 60 и 55 градусов соответственно. Для проверки данных авторы провели механическое моделирование «ощупывания». Анализ подтвердил первичные результаты, а также показал, что максимальная сила межатомного взаимодействия между атомами водорода составляет -40 пиконьютонов. Таким образом, ученым удалось непосредственно и достоверно определить «прочность» водородных связей: она была выше ван-дер-ваальсовых и значительно слабее ионных.

 

Статья опубликована в журнале Science Advances.

Ранее американские ученые обнаружили новую, седьмую степень окисления плутония. Помимо фундаментальной ценности, открытие может помочь в разработке перспективных способов модуляции процессов окисления и электронной структуры атомов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 20:44
Мария Азарова

Ученые посадили мышей, больных раком, на диету с разным содержанием хлорида натрия, а затем проверяли различия в росте опухоли. Как выяснилось, у грызунов, потреблявших больше соли, наблюдалось увеличение количества бифидобактерий и иммунных клеток, атакующих новообразование.

Позавчера, 13:00
Ольга Иванова

Одно из самых крупных исследований показало, что фазы Луны, вероятно, в самом деле влияют на наш сон, а зависит это от пола.

11 часов назад
Александр Березин

Согласно недавнему докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата, к 2100 году будет потеряно более 99% рифообразующих кораллов. Новая работа показывает неожиданный результат: все окажется совсем не так.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

15 сентября
ПНИПУ

Ученые Пермского Политеха и Хуачжунского университета науки и технологии (КНР) создали уникальную технологию, которая позволит предприятиям производить промышленные изделия без дефектов. Лазерная сварка в вакууме позволит повысить качество ответственных конструкций в аэрокосмической и машиностроительной отраслях. Российские и зарубежные ученые реализовали разработку благодаря уникальному проекту международных исследовательских групп (МИГов), который действует в Пермском крае с 2011 года и не имеет аналогов в России.

19 сентября
Александр Березин

Сегодня на Землю вернулся экипаж Inspiration 4. Пресса уже единодушно пишет об этом так: большой и яркий успех амбициозной космической компании. Без единого профессионала-астронавта — и взлетели выше МКС! Все это правда. Но правда и другое: сам Илон Маск и все, кто хорошо представляют себе пилотируемые космические полеты, находились в напряжении на протяжении троих суток, пока четверо смелых из Inspiration 4 были в космосе. И можно с уверенностью сказать, что впереди у SpaceX, кажется, еще более рискованные полеты. Попробуем разобраться почему.

3 сентября
Алиса Гаджиева

Два бронзовых тарана и свинцовые пули обнаружили на месте битвы при Эгатских островах, состоявшейся почти 23 века назад.

11 сентября
Алиса Гаджиева

Необычное погребение обнаружили во время работ по устройству пруда в гольф-клубе.

15 сентября
Ольга Иванова

Американские исследователи выяснили, что в женских тампонах содержатся летучие органические соединения, которые влияют на присутствие этих веществ в моче. Интересно, что в прокладках их содержание значительно ниже.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: