«Отрицательные» кластеры атомов водорода впервые получили в лаборатории

В будущeм учeныe плaнируют исслeдoвaть вoзмoжныe квaнтoвыe эффeкты, кoтoрыe мoгут прoявляться в тaкиx чaстицax. Andreas Mauracher/University of Innsbruck

К примeру, в кoнцe XX вeкa, в aтмoсфeрe Юпитeрa и нeкoтoрыx oблaкax мeжзвeзднoгo гaзa были oбнaружeны слeды пoлoжитeльнo зaряжeнныx иoнoв тривoдoрoдa (H3+). Вмeстe с тeм, списoк oтрицaтeльнo зaряжeнныx клaстeрoв вoдoрoдa oгрaничeн чaстицeй H3- и ee дeйтeриeвым aнaлoгoм. Чaстицы нeкoтoрыx мaсс oбрaзoвывaлись чaщe — эти массы авторы называют магическими числами (по аналогии с магическими числами в кластерах металлов или в ядрах атомов). Время жизни кластеров, по меньшей мере, превышало десятки микросекунд. Это ион CoB16-, в котором координационное число кобальта равно 16. Для того, чтобы обеспечить низкую температуру среды ученые использовали наноразмерные капли жидкого гелия, охлажденные до 0,38 кельвина. С помощью методов масс-спектроскопии эти частицы вылавливали и определяли их массу. 

Распределение частоты встречаемости кластеров по массам. Их устойчивость (а значит и время жизни) гораздо меньше, чем у обычной молекулы водорода. Michael Renzler et al. Исследование опубликовано в журнале *Physical Review Letters, *кратко о нем сообщает Physics. Кроме того, известны и гетероатомные кластеры, в которых тяжелый ион окружен молекулами водорода. Автор: Владимир Королёв / PRL, 2016

Оказалось, что образовавшиеся кластеры содержали в себе иногда более ста атомов водорода, а их масса всегда была нечетной. Среди них ионы H25-, H65-, H89-. В 2015 году мы сообщали о синтезе кластера, в котором реализуется рекордное для химии координационное число — количество атомов, связанных с данным. Вероятная структура анионного кластера из 25 атомов водорода. В некоторых условиях — пониженной температуры или очень разреженных сред — эти молекулы могут объединяться в более сложные ассоциаты, состоящие из гораздо большего количества атомов. Их существование в межзвездном пространстве также считается вероятным — устойчивость анионов имеет примерно такой же порядок величин, как и у катионов. 

Авторы новой работы впервые нашли способ получения отрицательно заряженных кластеров водорода, состоящих из более чем пяти атомов. Некоторые теоретики предсказывают, что такие кластеры могут существовать в межзвездном пространстве. Наиболее устойчивыми оказались кластеры правильных геометрических форм — например, икосаэдрические. Первый из них, к примеру, соответствует икосаэдрическому окружению иона водорода. Тем не менее, встретить такие кластеры в естественных средах возможно. / PRL, 2016

Аналогичные кластерные соединения образуют и многие другие элементы таблицы Менделеева. Теоретически рассчитанная равновесная структура для анионов из трех, пяти и семи атомов водорода. Затем капли «обстреливали» электронным пучком, заставлявшим кластеры ионизироваться и «сбегать» в окружающее пространство. Это позволяет предположить их строение — один отрицательно заряженный атом водорода в центре и «шуба» из двухатомных молекул водорода вокруг него. Физики из университета Иннсбрука (Австрия), Свободного университета Берлина и Университета Лейчестера впервые получили отрицательно заряженные кластеры из большого количества атомов водорода. Michael Renzler et al. В эти капли физики вводили водород, который самостоятельно ассоциировался в нейтральные (не заряженные) кластеры. К примеру, 3–5 нанометрвые частицы золота, серебра, платины или палладия, активно использующиеся в катализе химических реакций, также можно рассматривать как кластеры, состоящие из нескольких десятков атомов. В обычном состоянии водород представляет собой двухатомный газ: его молекулы состоят ровно из двух атомов водорода, соединенных между собой химической связью. Более сложные положительно заряженные кластеры хорошо известны и наблюдались в лабораторных условиях — они содержали свыше ста атомов водорода.

Комментарии и уведомления в настоящее время закрыты..

Комментарии закрыты.