Οι επιστήμονες ανακάλυψαν πρόσφατα έναν εντελώς νέο τύπο χημικού δεσμού και είναι πολύ ισχυρότερο από ότι έχει οποιοδήποτε δικαίωμα να είναι.
Ο νέος τύπος δεσμού δείχνει ότι το χάσμα μεταξύ ισχυρών ομοιοπολικών δεσμών, που συνδέουν μόρια μεταξύ τους, και ασθενών δεσμών υδρογόνου, που σχηματίζονται μεταξύ μορίων και μπορούν να σπάσουν από κάτι τόσο απλό όσο η ανάδευση αλατιού σε ένα ποτήρι νερό, δεν είναι τόσο σαφές όπως θα πρότειναν τα εγχειρίδια χημείας.
Σκεφτείτε πίσω σε αυτήν την τάξη χημείας γυμνασίου και θα θυμάστε ότι υπάρχουν διαφορετικοί τύποι δεσμών που συνδέουν τα άτομα μαζί σε μόρια και κρυσταλλικές δομές.
Οι ιωνικοί δεσμοί συνδέουν μέταλλα και μη μέταλλα για να σχηματίσουν άλατα. Οι ισχυροί ομοιοπολικοί δεσμοί συνδέουν μεταξύ τους μόρια όπως το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό. Οι πολύ ασθενέστεροι δεσμοί υδρογόνου σχηματίζονται εξαιτίας ενός ηλεκτροστατικού τύπου έλξης μεταξύ υδρογόνου και ενός πιο αρνητικά φορτισμένου ατόμου ή μορίου, για παράδειγμα προκαλώντας έλξη μεταξύ των μορίων νερού και σχηματισμό σταγονιδίων ή κρυσταλλικού πάγου. Οι δεσμοί ιονικού, ομοιοπολικού και υδρογόνου είναι σχετικά σταθεροί. τείνουν να διαρκούν για παρατεταμένες χρονικές περιόδους και έχουν αποτελέσματα εύκολα παρατηρήσιμα. Αλλά οι ερευνητές γνωρίζουν εδώ και πολύ καιρό ότι κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης, καθώς οι χημικοί δεσμοί σχηματίζονται ή σπάνε, η ιστορία είναι πιο περίπλοκη και περιλαμβάνει “ενδιάμεσες καταστάσεις” που μπορεί να υπάρχουν για μικρά κλάσματα του δευτερολέπτου και είναι πιο δύσκολο να παρατηρηθούν.
Στη νέα μελέτη, οι ερευνητές κατάφεραν να διατηρήσουν αυτές τις ενδιάμεσες καταστάσεις για αρκετό καιρό για να κάνουν μια λεπτομερή εξέταση. Αυτό που βρήκαν ήταν ένας δεσμός υδρογόνου με τη δύναμη ενός ομοιοπολικού δεσμού, συνδέοντας τα άτομα μαζί σε κάτι που μοιάζει με ένα μόριο.
Για να γίνει αυτό, οι ερευνητές διέλυσαν μια ένωση υδροφθορίου σε νερό και παρακολούθησαν πώς το υδρογόνο και το φθόριο άτομα αλληλεπίδρασαν. Τα άτομα φθορίου προσελκύθηκαν στα άτομα υδρογόνου λόγω ανισορροπιών θετικών και αρνητικών φορτίων στις επιφάνειές τους, η κλασική δομή ενός δεσμού υδρογόνου. Κάθε άτομο υδρογόνου έτεινε να περικλείεται μεταξύ δύο ατόμων φθορίου. Αλλά αυτά τα σάντουιτς συνδέθηκαν μαζί με περισσότερη αντοχή από τους τυπικούς δεσμούς υδρογόνου, οι οποίοι είναι εύκολα σπασμένοι. Τα άτομα υδρογόνου ανέκαμψαν μπρος-πίσω μεταξύ των ατόμων φθορίου, σχηματίζοντας δεσμούς τόσο ισχυρούς όσο και τους ομοιοπολικούς δεσμούς και μοιάζοντας με μόρια, τα οποία δεν πρέπει να σχηματίζουν δεσμοί υδρογόνου. Αλλά ο μηχανισμός του νέου δεσμού ήταν ηλεκτροστατικός, που σημαίνει ότι περιείχε το είδος των διαφορών στο θετικό και αρνητικό φορτίο που καθορίζουν τους δεσμούς υδρογόνου.
Οι νέοι δεσμοί είχαν ισχύ 45,8 kilocalories ανά mol (μονάδα ενέργειας χημικής σύνδεσης), μεγαλύτερη από ορισμένους ομοιοπολικούς δεσμούς. Τα μόρια αζώτου, για παράδειγμα, αποτελούνται από δύο άτομα αζώτου συνδεδεμένα μαζί με ισχύ περίπου 40 kcal / mol, σύμφωνα με το LibreTexts. Ένας δεσμός υδρογόνου έχει συνήθως ενέργεια περίπου 1 έως 3 kcal / mol, σύμφωνα με το βιβλίο Biochemistry.
Περιέγραψαν τα αποτελέσματά τους σε μια δημοσίευση που δημοσιεύθηκε την Πέμπτη (7 Ιανουαρίου) στο περιοδικό Science. Σε ένα συνοδευτικό άρθρο στο Science, οι Mischa Bonn και Johannes Hunger, ερευνητές στο Max Planck Institute for Polymer Research στη Γερμανία, που δεν συμμετείχαν στη μελέτη, έγραψαν ότι αυτός ο ασυνήθιστος δεσμός θολώνει τις σαφείς κατηγορίες χημείας.
“Η ύπαρξη μιας υβριδικής ομοιοπολικής-συνδεδεμένης κατάστασης όχι μόνο προκαλεί την τρέχουσα κατανόησή μας για το τι ακριβώς είναι ένας χημικός δεσμός, αλλά προσφέρει επίσης την ευκαιρία να κατανοήσουμε καλύτερα τις χημικές αντιδράσεις”, “όπου συχνά χρησιμοποιούνται ‘ενδιάμεσες αντιδράσεις αλλά σπάνια δρούν άμεσα. “
Παρόμοιοι δεσμοί πιθανότατα υπάρχουν στο καθαρό νερό, έγραψαν, όταν ένα άτομο υδρογόνου βρίσκεται ανάμεσα σε δύο μόρια νερού. Αλλά αυτοί οι δεσμοί πιστεύεται ότι υπάρχουν αλλά δεν είναι τόσο μακρόχρονοι, έγραψαν οι ερευνητές. Και δεν έχουν παρατηρηθεί οριστικά.
Αυτή η μελέτη, έγραψαν, θα μπορούσε να ανοίξει την πόρτα για μια «βαθύτερη κατανόηση του ισχυρού δεσμού» και τις ενδιάμεσες καταστάσεις αντίδρασης.