Entdeckung einer neuen Art von ultra-starker chemischer Bindung
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Wissenschaftler haben kürzlich eine völlig neue Art der chemischen Bindung entdeckt – und sie ist viel stärker als es sein darf.
Die neue Art der Bindung zeigt, dass der Bruch zwischen starken kovalenten Bindungen, die Moleküle zusammenbinden, und schwachen Wasserstoffbindungen, die sich zwischen Molekülen bilden und durch etwas so Einfaches wie das Mischen von Salz aufgebrochen werden können in einem Glas Wasser ist nicht so klar. wie die Lehrbücher für Chemie vermuten lassen.
Denken Sie an diese High School Chemie Klasse, und Sie werden sich daran erinnern, dass es verschiedene Arten von Links gibt, die binden Atome zusammen zu Molekülen und Kristallstrukturen.
Ionenbindungen binden Metalle und Nichtmetalle zu Salzen zusammen. Starke kovalente Bindungen binden Moleküle wie Kohlendioxid und Wasser. Viel schwächere Wasserstoffbrückenbindungen bilden sich aufgrund einer elektrostatischen Anziehung zwischen Wasserstoff und einem negativ geladenen Atom oder Molekül, beispielsweise durch Anziehung von Wassermolekülen und Bildung von Tröpfchen oder kristallklares Eis. Ionen-, kovalente und Wasserstoffbrückenbindungen sind alle relativ stabil; Sie halten in der Regel lange an und haben leicht beobachtbare Auswirkungen. Forscher wissen jedoch seit langem, dass bei einer chemischen Reaktion, wenn sich chemische Bindungen bilden oder aufbrechen, die Geschichte komplizierter ist und “Zwischenzustände” beinhaltet, die für winzige Sekundenbruchteile existieren können und schwieriger sind. beobachten.
In der neuen Studie konnten die Forscher diese Zwischenzustände lange genug aufrechterhalten, um eine detaillierte Untersuchung durchzuführen. Was sie fanden, war eine Wasserstoffbindung mit der Stärke einer kovalenten Bindung, die die Atome zu etwas zusammenbindet, das einem Molekül ähnelt.
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Zu diesem Zweck lösten die Forscher eine Fluorwasserstoffverbindung in Wasser und beobachteten, wie der Wasserstoff und Fluor Die Atome wechselwirkten. Fluoratome wurden von Wasserstoffatomen aufgrund von Ungleichgewichten positiver und negativer Ladungen auf ihren Oberflächen angezogen, der klassischen Struktur einer Wasserstoffbindung. Jedes Wasserstoffatom neigte dazu, zwischen zwei Fluoratomen angeordnet zu sein. Diese Sandwiches waren jedoch stärker gebunden als die typischen Wasserstoffbrücken, die leicht brechen. Wasserstoffatome prallten zwischen Fluoratomen ab und bildeten so starke Bindungen wie kovalente Bindungen und ähnelten Molekülen, die Wasserstoffbrückenbindungen nicht bilden sollten. Der Mechanismus der neuen Bindung war jedoch elektrostatisch, was bedeutete, dass es sich um positive und negative Ladungsunterschiede handelte, die Wasserstoffbrückenbindungen definieren.
Die neuen Bindungen hatten eine Stärke von 45,8 Kilokalorien pro Mol (eine Einheit der chemischen Bindungsenergie), die höher war als bei einigen kovalenten Bindungen. Beispielsweise bestehen Stickstoffmoleküle aus zwei Stickstoffatomen, die mit einer Kraft von etwa 40 kcal / mol miteinander verbunden sind LibreTexts. Eine Wasserstoffbrücke hat laut dem Buch typischerweise eine Energie von etwa 1 bis 3 kcal / mol Biochemie.
Sie beschrieben ihre Ergebnisse in einem Artikel, der am Donnerstag (7. Januar) in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaft. In Begleitung Artikel Mischa Bonn und Johannes Hunger, Forscher am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Deutschland, die nicht an der Studie beteiligt waren, schrieben, dass diese ungewöhnliche Verbindung die klaren Kategorien von verwischt Chemie.
“Die Existenz eines kovalent-wasserstoffgebundenen Hybridzustands stellt nicht nur unser derzeitiges Verständnis der genauen chemischen Bindung in Frage, sondern bietet auch die Möglichkeit, chemische Reaktionen besser zu verstehen”, schreiben sie. “Wo” Zwischenreaktionszustände “oft aufgerufen werden. aber selten direkt studiert. “”
Ähnliche Bindungen bestehen wahrscheinlich in reinem Wasser, wenn ein Wasserstoffatom zwischen zwei Wassermolekülen eingeklemmt wird. Es wird jedoch angenommen, dass diese Verbindungen existieren, aber nicht so lange dauern, schrieben die Forscher. Und sie wurden nie endgültig beobachtet.
Diese Studie, so schrieben sie, könnte die Tür zu einem “tieferen Verständnis starker Bindungen” und Zwischenreaktionszuständen öffnen.
Ursprünglich geschrieben auf Live Science.
