Новости химической науки > «Фотоаппарат» для химических связей

Исследователи из США и Германии продемонстрировали новый способ, с помощью которого появляется возможность получать точные трехмерные изображения молекул, позволяющие проводить точные измерения геометрии химических связей в молекулах.

Результаты исследования могут способствовать изучению механизмов протекания элементарных химических реакций, отслеживая изменения характеристик связи непосредственно в процессе в режиме реального времени.

Результаты теоретического анализа геометрии связей в метане (сверху) близки результатам, полученным экспериментально с помощью метода фотоэлектронной эмиссии (снизу). (Рисунок из Phys. Rev. Lett., 2012, 108, 233002)

Исследователи, работающие под руководством Уильяма МакКарди (William McCurdy) для получения изображения метана применили методику, известную как спектроскопия про импульсу отдачи иона в холодную мишень [cold-target recoil-ion momentum spectroscopy (COLTRIMS)]. Информация о соединении регистрируется следующим образом – сверхзвуковая струя метана подается в камеру детектора, где она подвергается воздействию импульсов высокоэнергетического синхротронного рентгеновского излучения. Частота импульсов регулируется таким образом, чтобы на одну молекулу метана приходился только один импульс.

При поглощении молекулой рентгеновского излучения ее внутренние электроны выбрасываются из молекулы как фотоэлектроны, одновременно с этим молекула фрагментируется на ионные фрагменты; и фотоэлектроны и ионы могут быть отслежены.

МакКарди отмечает, что после огромного количества актов возбуждения молекул метана рентгеновским излучением исследователям удалось получить большой массив данных для последующей обработки. Анализ молекулярных фрагментов позволял получать информацию об ориентации молекулы непосредственно до ее разрушения-фрагментации. Траектории выхода фотоэлектронов из молекул могут коррелировать с формой молекулы и ее ориентацией. Обработка данных продемонстрировала, что электроны, уходящие из молекулы, наиболее вероятно уходят, продолжая направление химических связей – в большинстве случаев картина рассеивания электронов напоминала геометрию молекулы.

Одним из ключевых моментов, обусловивших успех экспериментов, являются предварительно проведенные расчеты, и о работе можно говорить как о том случае, когда теория и эксперимент взаимно дополняют друг друга. Еще одним достоинством метода является то, что нет необходимости в предварительном ориентировании молекул, что, в перспективе позволит изучать протекание элементарных химических реакций при облучении реакционной смеси короткими импульсами высокоэнергетичного рентгеновского излучения.

Источник: Phys. Rev. Lett., 2012, 108, 233002 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.233002)

метки статьи: #аналитическая химия, #квантовая химия, #природа химической связи