Potvrđena nova hemijska veza

Studenti hemije širom svijeta znaju za ionske, kovalentne, vodikove i van der Waalsove veze, no istraživanja dokazuju postojanje još jedne – vibracijske veze. Ovaj je fenomen otkriven i predložen još prije 30 godina, no nije bilo dokaza koji bi poduprli tu teoriju. Sve dosad.  Nedavna su istraživanja na egzotičnim izotopomerima bila ključna za objašnjenje ove neobične interakcije, čija kvaliteta zbunjuje tradicionalna hemijska objašnjenja. Opis istraživanja objavljen je u časopisu Angenamate Chemice International Edition, s Donaldom Flemingom sa Univerziteta British Columbia kao vođom tima.

Elemente definira broj protona u jezgri svakog atoma, dok broj neutrona može varirati. Te se varijacije zovu izotopi, razlika u masi atoma utječe na mnoga svojstva, uključujući i vezu. Velika većina elemenata ima određen broj prirodnih izotopa (npr. kositar ima 10), no u laboratoriju se mogu proizvesti neke egzotičnije verzije. Mijenjajući broj neutrona, mogu se dodavati druge subatomske čestice.

Muonij (Mu) je egzotičan atom s jezgrom oko koje orbitira jedan elektron, te je zbog toga mnogo lakši nego vodikov izotop protij (1H), iako imaju slična hemijska svojstva. Muonij je bio uključen u eksperiment iz 1989. kad je vibracijska veza po prvi put slučajno primijećena. Reakcije između muonija i broma su se smanjivale porastom temperature: što je suprotno od onoga što se inače događa. Takva reakcija se nije dogodila pri reagovanju muonija s hlorom ili fluorom. Nažalost, tada još nije postojala tehnologija koja bi omogućila daljnje eksperimentiranje na ovoj čudnoj pojavi.

Iako se od muonija i broma očekivalo da će se povezati van der Waalsovom vezom, autor je istraživanja pokušao objasniti tu čudnu vezu kroz hipotetsku vibrirajuću vezu. Muonij, tri prirodna izotopa vodika (1H, 2H, 3H) i teški izotop vodika su pojedinačno dovedena u reakciju s bromom, dok su naučnici promatrali kvantnu mehaniku tih interakcija.

“Najlakši izotopomer, BrMuBr, sam po sebi pokazuje vibracijsku vezu u skladu s promatranjem nedavnog eksperimenta na Mu + Br2 reakciji,” navode autori u istraživanju. “BrMuBr je stabiliziran na središnjoj točci površine potencijalne energije zbog urednog smanjivanja reakcija u odnosu na temperaturu.”

Da pojasnimo, kad se super laki muonij nađe između dva teža atoma broma, energije se brzo prenose s jednog atoma na drugi, te dolazi do vibracija i vezanja atoma. ta sila smanjuje cjelokupnu energiju i objašnjava zašto su reakcije spore, čak i kad temperatura raste. Buduća bi istraživanja mogla objasniti da li je ova veza kad ograničena samo na muonij i brom ili se može vidjeti i kod drugih elemenata sa sličnim razlikama u masi.

“Naše istraživanja i pretpostavke o BrMuBr su prvi čisti dokaz o postojanju te nove veze,” nadovezuje se  koautor Jörn Manz s Freie Universität Berlin. “Nadalje, ovo je prva naznaka da izotopska supstitucija može promijeniti prirodu hemijske veze. Različiti izotopomeri koje smo proučavali i uspoređivali imaju potpuno drugačije strukturu, simetriju i najvažnije, energiju i mehanizme hemijske veze.

Izvor: Geek.hr