Учёные впервые различили химические связи внутри молекулы (видео)
В последнее время учёные всё дальше проникают в мир малых объектов, изучая ранее недоступное для наблюдения. На этот раз специалистам из Франции и Швейцарии удалось достигнуть качественного прогресса: они научились различать межатомные связи.
Известно, что углерод обладает большим числом аллотропных модификаций. Одними из самых известных являются перспективный материал графен (представляет собой плоские листы из атомов углерода) и фуллерены (многогранники из атомов углерода).
Атомы в таких химических структурах связаны при помощи ковалентных пи и сигма связей, отличающихся, в частности, длиной. Химикам это известно давно, однако лишь недавно различие в связях они смогли увидеть вживую.
Но прежде чем рассказывать о нынешнем достижении, необходимо вспомнить предысторию. Ранее (в 2009 году) учёные из Швейцарии научились различать химическое строение молекул.
В использованном тогда атомно-силовом микроскопе химики изменили кантилевер - сканирующий зонд, при помощи которого исследуется поверхность образца. Исследователи выяснили, что посаженная на кончик зонда молекула CO работает как увеличительное стекло.
Такой метод бесконтактной атомно-силовой микроскопии (noncontact atomic force microscopy) позволяет изучать связи атомов, регистрируя изменение частоты колебаний кончика кантилевера, вызванные присутствием электронов в молекулах.
На этот раз специалисты из Франции и Швейцарии использовали тот же инструмент для изучения фуллерена (C60) и молекулы гексабензокоронена, состоящей из 48 атомов углерода и 24 атомов водорода. Последняя по строению во многом похожа на фуллерены и хлопья графена.
Различные, но близкие по структуре молекулы были взяты для того чтобы убедиться, что получаемые изображения не содержат фоновых шумовых эффектов, связанных с недостатками метода.
Анализируя атомные связи молекул, учёные заметили, что они отличаются как яркостью, так и длиной: чем более плотные электронные облака, тем короче связь. Теперь стало ясно, что различия в полученных изображениях демонстрируют именно различия в свойствах связей.
"Ранее мы уже научились рассматривать межатомные связи, однако впервые нам удалось их различить", - рассказывает Лео Гросс (Leo Gross) физик из исследовательского центра IBM в Швейцарии (IBM Research).
По словам учёного, они открыли два различных способа изучения связей между атомами.
"Первоначально мы использовали знания о небольших различиях в силе связей между атомами. Второй механизм был открыт случайно. Наблюдая, мы заметили различные длины связей и затем, используя расчёты, определили, что помочь нам может изменение взаимного расположения зонда и молекулы", - объясняет Лео Гросс.
Результат получился впечатляющим: исследователям удалось рассмотреть две связи, которые отличаются всего лишь на 3 пикометра (10-12 м), то есть примерно на сотую часть диаметра атома.
Теперь специалисты, рассчитывают получить ответ на фундаментальный вопрос химии: как связи влияют на свойства молекулы. Кроме того, открытие поможет лучше разобраться в процессах, происходящих на атомарном и молекулярном уровнях. Например, выяснить, что произойдёт с остальными связями молекулы, если удалить один из атомов (эти знания важны, в частности, для понимания дефектов в структуре графена), как меняются связи в ходе химических реакций и при переходе атома в возбуждённое состояние.
Более полно с исследованием можно ознакомиться, прочитав статью авторов работы, вышедшую в журнале Science. Добавим, что в дальнейшем исследователи планируют заменить молекулу CO на другие, чтобы попробовать улучшить "разрешающую способность" метода.
В последнее время учёные всё дальше проникают в мир малых объектов, изучая ранее недоступное для наблюдения. На этот раз специалистам из Франции и Швейцарии удалось достигнуть качественного прогресса: они научились различать межатомные связи.
Головин Александр Павлович
МАКСИМОВА Марина (МакSим)
GUF (Гуф)
АРШАВИН Андрей Сергеевич
АМИРОВ Саид Джапарович
МЕЛЬНИКОВА Даша
ЗАДОРОЖНАЯ Настя (Стася)
СЫЧЕВ Дмитрий
Влад Топалов
ДАФФ Хилари(Hilary Duff)
ШАТУНОВ Юрий Васильевич
