Odkryto nowy rodzaj ultra silnego wiązania chemicznego

Naukowcy odkryli niedawno zupełnie nowy rodzaj wiązania chemicznego – i jest on o wiele silniejszy, niż moglibyśmy się spodziewać.

Nowy typ wiązania pokazuje, że podział między silnymi wiązaniami kowalencyjnymi, które wiążą cząsteczki razem, a słabymi wiązaniami wodorowymi, które tworzą się między cząsteczkami i można je złamać czymś tak prostym, jak wmieszanie soli do szklanki wody, nie jest tak wyraźny jak sugerują podręczniki chemii.

Przypomnij sobie lekcje chemii w liceum, a przypomnisz sobie, że istnieją różne typy wiązań, które łączą ze sobą atomy w cząsteczki i struktury krystaliczne.

Wiązania jonowe łączą metale i niemetale, tworząc sole. Silne wiązania kowalencyjne wiążą ze sobą cząsteczki, takie jak dwutlenek węgla i woda. Znacznie słabsze wiązania wodorowe powstają z powodu elektrostatycznego typu przyciągania między wodorem a bardziej naładowanym ujemnie atomem lub cząsteczką, na przykład powodując przyciąganie się cząsteczek wody i tworzenie kropelek lub krystalicznego lodu. Wiązania jonowe, kowalencyjne i wodorowe są stosunkowo stabilne; mają tendencję do utrzymywania się przez dłuższy czas, a ich skutki są łatwe do zaobserwowania. Jednak naukowcy od dawna wiedzieli, że podczas reakcji chemicznej, gdy tworzą się lub zrywają wiązania chemiczne, historia jest bardziej skomplikowana i obejmuje „stany pośrednie”, które mogą istnieć przez ułamki sekundy i są trudniejsze do zaobserwowania.

W nowym badaniu naukowcom udało się utrzymać te stany pośrednie wystarczająco długo, aby przeprowadzić szczegółowe badanie. To, co odkryli, było wiązaniem wodorowym o sile wiązania kowalencyjnego, wiążącym atomy razem w coś przypominającego cząsteczkę.

Aby to zrobić, naukowcy rozpuścili związek fluorowodoru w wodzie i obserwowali, jak atomy wodór i fluoru oddziałują. Atomy fluoru zostały przyciągnięte do atomów wodoru z powodu nierównowagi ładunków dodatnich i ujemnych na ich powierzchniach, klasycznej struktury wiązania wodorowego. Każdy atom wodoru był zwykle umieszczony pomiędzy dwoma atomami fluoru. Ale te “kanapki” były połączone ze sobą z większą siłą niż typowe wiązania wodorowe, które łatwo się zrywają. Atomy wodoru odbijały się w przód i w tył między atomami fluoru, tworząc wiązania tak silne jak wiązania kowalencyjne i przypominając cząsteczki, których wiązania wodorowe nie powinny być w stanie utworzyć. Ale mechanizm nowego wiązania był elektrostatyczny, co oznacza, że ​​obejmował rodzaj różnic w ładunku dodatnim i ujemnym, które definiują wiązania wodorowe.

Nowe wiązania miały siłę 45,8 kilokalorii na mol (jednostka energii wiązania chemicznego), większą niż niektóre wiązania kowalencyjne. Na przykład cząsteczki azotu są zbudowane z dwóch atomów azotu związanych razem o sile około 40 kcal / mol, zgodnie z LibreTexts. Zgodnie z książką Biochemistry wiązanie wodorowe ma zazwyczaj energię od około 1 do 3 kcal / mol.

Swoje wyniki opisali w artykule opublikowanym w czwartek (7 stycznia) w czasopiśmie Science. W artykule towarzyszącym w Science, Mischa Bonn i Johannes Hunger, badacze z Instytutu Badań Polimerów im. Maxa Plancka w Niemczech, którzy nie byli zaangażowani w badanie, napisali, że to niezwykłe wiązanie zaciera wyraźne kategorie chemiczne.

„Istnienie hybrydowego stanu wiązań kowalencyjno-wodorowych nie tylko podważa naszą obecną wiedzę na temat tego, czym dokładnie jest wiązanie chemiczne, ale także daje możliwość lepszego zrozumienia reakcji chemicznych”, napisali, „ często przywoływane są „stany reakcji pośrednich” ale rzadko badane bezpośrednio”.

Jak napisali, podobne wiązania prawdopodobnie istnieją w czystej wodzie, kiedy atom wodoru znajduje się wciśnięty pomiędzy dwie cząsteczki wody. Ale uważa się, że te więzi istnieją, ale nie są tak długotrwałe, napisali naukowcy. I nigdy nie zostały ostatecznie zaobserwowane.

To badanie, jak napisali, może otworzyć drzwi do „głębszego zrozumienia silnego wiązania” i stanów reakcji pośrednich.

Źródła: Rafi Letzter

Strengths of Covalent Bonds

Section 1.3 Chemical Bonds in Biochemistry

Crossover from hydrogen to chemical bonding

Zdjęcia: Louise Docker, Wikimedia Commons/CC BY 2.0

Tematy:
Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x