Новости химической науки > Первая информация о молекулярном связывании радона

Даже в незначительных количествах радиоактивный газ радон представляет собой опасность для здоровья человека. Однако разработка способов защиты от радона ограничивается крайне отрывочной информации о его свойствах. Тем не менее, химикам из Университета Пенсильвании впервые удалось измерить прочность связывания радона с молекулой органического вещества, использованный для этого метод открывает новые возможности для изучения радона и других инертных газов.

Исследование было проведено исследователями из группы Ивана Дмочовского (Ivan J. Dmochowski), поскольку получение и безопасное хранение радона зачастую затруднено, для генерации самого радона химики из Пенсильвании сотрудничали со специалистами из Национального Института Стандартов и Технологии США (NIST).

Молекула водорастворимого криптофана, связанная с атомом ксенона. (Рисунок из Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011; 108 (27): 10969)

Исследовательская группа Дмочовского длительное время занималась исследованием свойств ксенона, химические свойства которого близки свойствам радона, во взаимодействии с органической молекулой - криптофаном. Криптофан представляет собой каркасную структуру-клетку, которая способна образовывать супрамолекулярные ассоциаты и с инертными газами.

Дмочовский отмечает, что его коллеги ожидали наблюдение более прочного связывания криптофана с радоном по сравнению с ксеноном, поскольку полость криптофана идеально подходит по размеру к радиусу радона, в то время как ксенон заполняет эту полость, оставляя некоторый «зазор». По словам исследователей между клеткой криптофана и атомом благородного газа возникают связывающие их межмолекулярные силы притяжения, а подгонка размеров клетки к размеру атома инертного газа позволяет увеличить степень этого сродства.

Ранее другие исследовательские группы уже изучали взаимодействие радона с объемными материалами, как, например, древесный уголь или лед, однако работа исследователей из Пенсильвании представляет собой первый пример изучения взаимодействия радона с отдельной молекулой.

Строго говоря, исследователи изучали взаимодействие не на примере отдельных атомов, а на примере раствора, содержащего радон и водорастворимый криптофан. Использованный в эксперимента триптофан был впервые получен в лаборатории Дмочовского, однако для второго участника эксперимента – радона приходилось долго согласовывать условия с NIST, на базе которого, в конечном итоге, эксперимент и был выполнен с соблюдением всех правил безопасности, связанных с получением радона и работой с ним.

Эксперимент был поставлен следующим образом – образцы радия помещались в воду, при распаде радия выделялся газообразный радон; после нескольких суток распада в запаянном сосуде исследователи отбирали радон, растворенный в воде, и переносили в растворы, содержащие различные концентрации криптофана, и посуду с этими растворами снова запаивали.

Уменьшение концентрации свободного радона показывало, что инертный газ связывается с криптофаном. Для точного измерения степени связывания радона исследователи использовали метод жидкостной сцинтилляции, с помощью которого удалось определить константу сродства радона к криптофану, количественный показатель, указывающий на степень связывания радона с криптофаном при определенной температуре.

Исследователи отмечают, что молекулы, обеспечивающие более прочное связывание с радоном, могут применяться для извлечения опасного элемента из грунтовых вод; тот же самый принцип может применяться для извлечения ксенона из атмосферы, ксенон, в свою очередь, находит практическое применение во многих областях.

Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences, 2011; 108 (27): 10969 DOI: 10.1073/pnas.1105227108

метки статьи: #вопросы экологии, #межмолекулярные взаимодействия, #супрамолекулярная химия, #химическая технология