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".
Первоисточник
Подпишись: