Химики из РФ научились находить «размазанные» электроны в молекулах
Ученые из МФТИ и их коллеги из Италии показали, что поведение электронов в сложных молекулах и их положение можно определять при помощи простой математической модели и рентгеновского «сканера», говорится в статье, опубликованной в журнале Acta Crystallographica.
«Главным нововведением модели является возможность обнаруживать и изучать делокализованные электроны экспериментально. Существовавшие ранее подходы описывали эффект делокализации, являющийся краеугольным камнем химии, на основе данных, которые не могли быть получены с помощью непосредственных измерений. Результаты наших исследований помогут принципиально по-новому взглянуть на этот феномен», – пишет Габриэле Салех из Московского Физтеха в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба МФТИ.
Атомы всех веществ, вопреки обыденным представлениям, не представляют собой миниатюрные подобия Солнечной системы, в которой электроны-«планеты» вращаются по точно выверенным орбитам вокруг «Солнца»-ядра. Из-за законов квантовой механики каждый электрон в молекулах и атомах похож не на небольшую частицу-«шарик», а на своеобразное кольцо-бублик, «восьмерку» или еще более сложную структуру, внутри которых он находится с некоторой долей вероятности, определяемой волновой функцией.
В более «тяжелых» случаях, таких как, например, известная всем по школьным урокам химии молекула бензола, положение некоторых электронов вообще нельзя определить в принципе, так как они «размазываются» между несколькими связанными друг с другом атомами. Аналогичное поведение характерно для электронов в металлах и в ряде других органических соединений.
Салех и его коллеги из университета Милана и Института молекулярных технологий в Милане заявляют, что поведение электронов в таких молекулах можно изучать и просчитывать при помощи математической модели, созданной одним из авторов статьи, Карло Гатти, еще в 1998 году.
Для работы этой модели и раскрытия тайн движения электронов необходим лишь один параметр – плотность электронов в разных частях молекул, которую ученые могут легко вычислять, наблюдая за тем, как рентгеновские лучи преломляются на изучаемой молекуле.
Используя подобные данные по плотности электронов в молекулах бензола, нафталина и вещества под названием BAB, собранные другими группами химиков, российские и итальянские ученые доказали, что модель Гатти позволяет столь же точно вычислять структуру этих молекул, как и чрезвычайно сложные компьютерные модели, построенные в соответствии со всеми законами квантовой механики.
Как надеются ученые, их исследование и модель Гатти поможет ученым раскрыть тайны устройства других органических молекул и создать первые органические магниты, которые будут дешевле в изготовлении и обладать более гибкими свойствами, чем их металлические аналоги.
Ознакомиться с работами ученых:
Carlo Gatti, Gabriele Saleh, Leonardo Lo Presti. Source Function applied to experimental densities reveals subtle electron-delocal
http://journals.iucr.org/b/issues/2016/02/00/bm5081/bm5081.pdf