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

Химики впервые коснулись атомов водорода

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

untitled-2

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.

Позавчера, 10:51
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

Вчера, 15:33
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

Позавчера, 15:36
3 минуты
Никита Шевцов

В регионе Внутренняя Монголия в Китае подтвердили вспышку бубонной чумы. Заразился уже третий человек за последний месяц.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Позавчера, 10:51
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

Вчера, 15:33
40 минут
Александр Березин

Женщины заводят ребенка не от мужа тем чаще, чем ниже его социальная ценность. Попробуем разобраться, как биология подталкивает их к изменам и почему моногамия имеет все шансы на реванш.

15 ноября
6 минут
Никита Шевцов

Ученые впервые воспроизвели в реальности парадокс друга Вигнера. В результате физики выяснили, что квантовые явления субъективны: каждый наблюдатель может иметь свои альтернативные факты насчет них, и все они будут правдивы.

Позавчера, 10:51
4 минуты
Сергей Васильев

Накопление эпигенетических модификаций ДНК позволило провести параллели между возрастом собак и людей и найти новую формулу для пересчета одного в другой.

12 ноября
4 минуты
Никита Шевцов

Ученые использовали современные методы анализа и создали тест, который может определить, принимал ли человек наркотики, даже после того, как он тщательно вымыл руки.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: