Новости химической науки > Получена самая маленькая капля кислоты

Для того, чтобы получить самую маленькую каплю кислоты необходимо четыре молекулы воды и одна молекула хлороводорода.

Такие результаты получены в результате совместной работы двух групп – группы специалиста по физической химии Мартины Хавенит (Martina Havenith) и группы специалиста по квантово-химическим расчетам Доминика Маркса (Dominik Marx).

Крошечные капли кислоты. (Рисунок из Science, 2009, 324, 1545)

Для слежения за молекулами исследователи провели ИК эксперименты при ультранизких температурах. Экспериментальное исследование дополнялось расчетами ab initio, показавшими, что при ультранизких температурах могут протекать только реакция, приводящая к образованию молекулярных агрегатов.

С точки зрения классической теории кислот, разработанной еще Сванте Аррениусом, кислота теряет протон в водном растворе, диссоциация кислоты приводит к образованию ионов гидроксония (H₃O⁺), являющихся участниками многих реакций ионного обмена, протекающих между электролитами или реакций протонирования органических соединений.

Несмотря на важнейшую роль процессов, протекающих с участием H₃O⁺, до сих пор не было ясно, сколько молекул воды требуется для образования гидратно-разделенной ионной пары, состоящей, например, из ионов H₃O⁺ и Cl^–. Таким образом, работа Хавенит и Маркса – первый пример экспериментального и теоретического изучения поведения кислот на молекулярном уровне при ультранизких температурах. Эти результаты могут оказаться полезными для более глубокого понимания процессов, протекающих в наноразмерных структурах или на границе раздела фаз.

Результаты работы также демонстрируют, что возможно протекание химических процессов и при ультранизких температурах, что, в свою очередь, позволяет по-новому подойти к описанию процессов, протекающих в стратосферных облаках или в межзвездной среде.

В ходе экспериментов исследователи смогли уловить молекулу хлороводорода и несколько молекул воды в специальную ультрахолодную ловушку, для которой использовали нанокапли сверхтекучего гелия, охлажденного до –272,8 градусов Цельсия. Одновременное использование ультрахолодной ловушки, лазерной ИК спектроскопии и расчетов ab initio позволило определить, что для образования «самой маленькой капли кислоты» необходимо всего четыре молекулы воды – гидратно-разделенная ионная пара имеет следующий состав: H₃O⁺ (H₂O)₃ Cl^–.

Источник: Science, 2009, 324, 1545; DOI: 10.1126/science.1171753

метки статьи: #квантовая химия, #неорганическая химия, #физическая химия