化學家證實新型鍵的存在

實驗證明了 20 世紀 80 年代預測的“振動”化學鍵

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化學有很多定律,其中之一是反應速率隨著溫度升高而加快。因此,在 1989 年,當在溫哥華的核加速器中進行實驗的化學家觀察到溴和鋂子(氫同位素)之間的反應在溫度升高時減慢時,他們感到困惑。

不列顛哥倫比亞大學的化學家唐納德·弗萊明參與了這項實驗,他認為,當溴和鋂子混合在一起時,它們可能會形成一種中間結構,這種結構透過“振動”鍵結合在一起——其他化學家在本世紀初提出了這種鍵作為一種理論可能性。在這種情況下,輕質鋂子原子會在兩個重溴原子之間快速移動,“就像乒乓球在兩個保齡球之間彈跳一樣,”弗萊明說。振盪的原子會短暫地將兩個溴原子結合在一起,並降低反應的整體能量,從而降低反應速度。(如果弗萊明從事債券工作,你可以說原子相互作用是被搖晃的,而不是被攪拌的。)

在實驗時,沒有必要的裝置來足夠仔細地檢查毫秒級的反應,以確定這種振動鍵是否存在。然而,在過去的 25 年裡,化學家追蹤反應中能量水平細微變化的能力大大提高,因此弗萊明和他的同事在三年前在英國盧瑟福·阿普爾頓實驗室的核加速器中再次進行了他們的反應。根據來自實驗和柏林自由大學和日本埼玉大學的合作理論化學家的工作的計算,他們得出結論,鋂子和溴確實形成了一種新型的臨時鍵。它的振動性質降低了中間溴-鋂子結構的整體能量——從而解釋了為什麼即使溫度升高,反應速度也會減慢。


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該團隊於去年 12 月在德國化學學會出版物《應用化學國際版》上報告了他們的結果。這項工作證實,振動鍵——即使它們可能是短暫的——也應該新增到已知的化學鍵列表中。儘管溴-鋂子反應是驗證振動鍵的“理想”系統,但弗萊明預測這種現象也發生在重原子和輕原子之間的其他反應中。

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