Новости химической науки > Новая информация о дипольных моментах

Исследователи из США, опровергая классические представления о полярности молекул, заявляют, что двухатомная молекула, состоящая из атомов одного итого же элемента, может характеризоваться постоянным дипольным моментом.

Однако, руководитель исследования, Хуссейн Садегпур (Hossein Sadeghpour, из Гарварда говорит, что в данном случае речь идет не о совсем обычной двухатомной молекуле. Исследователи из Гарварда изучали молекулы Ридберга, полученные при комбинации атома рубидия в основном электронном состоянии и атома рубидия, внешний электрон которого в результате внешнего воздействия перенесен из основного в возбужденное состояние – состояние Ридберга. Садегпур поясняет, что размеры молекулы Ридберга почти в 1000 раз превышают размеры обычных молекул, стабильность, необходимая для их изучения, может обеспечиваться лишь за счет «хранения» их в ультраохлажденном состоянии.

Симметрия молекулы Ридберга искажается за счет появления «трилобитной структуры», которая способствует существованию у молекулы постоянного дипольного момента. (Рисунок из Science, 2011, DOI: 10.1126/science.121125)

Из учебников нам известно, что в классическом случае для двухатомных молекул существование дипольного момента возможно только в том случае, если эта молекула образована двумя химическими элементами, существенно различающимся по значению электроотрицательности, таким образом в гомоатомной двухатомной молекуле не может происходить разделение зарядов, и такая молекула не обладает дипольным моментом. Тем не менее, было экспериментально продемонстрировано, что молекула Ридберга, образованная двумя атомами рубидия, характеризуется детектируемым дипольным моментом [1].

Измеренное значение дипольного момента для ридберговского Rb₂ составляло величину около 1 Дебая. Для некоторых полярных молекул может наблюдаться и значительно большее значение дипольного момента (например, у существующей в газовой фазе молекулы NaCl дипольный момент оценивается в 10 Дебаев), однако для большинства полярных молекул значение дипольных лежит в пределах 1-2 Дебая.

Около десяти лет назад Садегпур работал в исследовательской группе Криса Грина (Chris Greene) из Университета Колорадо, исследователи из которой предсказали возможность существования у определенных гомоядерных молекул Ридберга существенного искажения симметрии электронных облака, приводящего к появлению у таких агрегатов значительных дипольных моментов, величина которых оценивалась в несколько сотен Дебаев [2]. Теоретически предсказанные молекулы получили название «молекулы-трилобиты» («trilobite molecules»), поскольку их смоделированные карты электронной плотности напоминают окаменелости древних обитателей моря и океана.

В 2009 году исследователи из Университета Штутгарта получили первые молекулы Ридберга [3], однако, в соответствии с результатами исследования, их форма совсем не соответствовала молекулам-трилобитам, они описывались сферической симметрией, и не характеризовались дипольным моментом. Тем не менее, в группе Садегпура более внимательно изучили эти молекулы и продемонстрировали на экспериментальном уровне, что в распределение электронов вносит свой вклад определенная доля «молекулы-трилобита», что нарушает симметрию и обуславливает существование у молекулы Ридберга дипольного момента.

Источники: [1] Science, 2011, DOI: 10.1126/science.121125; [2] Phys.Rev. Lett., 2000, 85, 2458 (DOI:10.1103/PhysRevLett.85.2458); [3] Nature , 2009, 458, 1005 (DOI: 10.1038/nature07945)

метки статьи: #квантовая химия, #природа химической связи, #реакционноспособные частицы