Въпреки че за първи път е предсказана през 30-те години на миналия век, химиците едва сега успяват да създадат ковалентна връзка във въглеродно съединение, която използва само един електрон.
В продължение на малко повече от век химиците са смятали, че здравите атомни връзки, наречени ковалентни връзки, се образуват, когато атомите споделят една или повече електронни двойки. Сега изследователите са направили първите наблюдения на едноелектронни ковалентни връзки между два въглеродни атома.
Един атом е в най-изгодно (т.е. с най-ниска енергия) състояние, когато всички негови орбитали са запълнени. Това означава, че е най-външната орбитала трябва да има два електрона в себе си. Ако два атома имат наполовина пълни орбитали, то всеки може да сподели най-външния си електрон, за да се създаде обща орбитала, която е по-"изгодна" за атома. Този процес се нарича ковалентна връзка.Кредит: www. thephysicsmill.com
Това необичайно поведение на свързване е наблюдавано между няколко други атома, но учените са особено заинтересувани да го направят с въглерода, основният градивен елемент на живота на Земята и ключовият компонент на индустриалните химикали, включително лекарства, пластмаси, захари и протеини.
Сега ковалентна връзка с един-единствен електрон е създадена почти век след като е била предположена за първи път. Откритието е публикувано в Nature на 25 септември.
"Ковалентната връзка е една от най-важните концепции в химията и откриването на нови видове химични връзки има голяма перспектива за разширяване на огромни области на химията", отбелязва химикът от Токийския университет Такуя Шимаджири (Takuya Shimajiri) от Токийския университет.
Той и неговите колеги от години изпитват границите на химичните връзки. Преди това са експериментирали с необичайно дълги и гъвкави връзки, а сега са се заели с идея, предложена за първи път през 1931 г. от химика Линус Паулинг: химическа връзка, образувана само от един електрон.
Всички познати ковалентни връзки, при които атомите се свързват чрез споделяне на електрони, съдържат два, четири, шест или осем електрона, но Паулинг изказва предположението, че ковалентна връзка може да съществува и с един-единствен електрон, споделен между два атома. За да я създадат, изследователите използват химическа реакция за отстраняване на един електрон от съществуваща ковалентна връзка с два електрона между два въглеродни атома. Те са използвали голям въглеводород, който има изключително дълги връзки между въглеродните си атоми, което означава, че би било енергийно скъпо за електрон от друга част на молекулата да замени отстранения.
 |
Едноелектронната връзка възниква, защото централната връзка въглерод-въглерод на молекулата е разтегната, което я прави податлива на загуба на един електрон. Кредит: Takuya Shimajiri et al./Nature |
Шимаджири посочва, че при предишни експерименти, при които са правени опити за такова изваждане на електрони, са останали слаби връзки, които се разкъсват твърде бързо, за да може да се направи окончателен химичен анализ. Но молекулата на неговия екип остава достатъчно стабилна, за да може да се анализира с рентгенови лъчи и няколко вида светлина. Въз основа на начина, по който това лъчение се отразява или поглъща, те определят, че тя има стабилна едноелектронна връзка.
Молекулата е имала общо 278 електрона, така че е било голямо постижение да се отстрани правилният електрон и да се попречи на всички останали да го заменят веднага. Това откритие може да доведе до създаването на цели нови семейства молекули.
Сега химиците могат да изследват как ковалентните връзки с един електрон могат да променят химичните реакции, добавя Шимаджири. Но той и колегите му имат и по-важни въпроси.
"Целта ни е да изясним какво е ковалентна връзка - по-конкретно, в кой момент една връзка се квалифицира като ковалентна и в кой момент - не? Нашата цел е да изследваме широк спектър от връзки, които все още не са открити", посочва авторът.
Справка:
-
Shimajiri, T. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-024-07965-1 (2024).
-
Canac, Y. et al. Science 279, 2080–2082 (1998).
-
Moret, M.-E. et al. J. Am. Chem. Soc. 135, 3792–3795 (2013).
Източници:
Carbon bond that uses only one electron seen for first time: ‘It will be in the textbooks’, Nature
Chemists discovered the first new chemical bond in more than a decade, New Scientist
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари