Tým měří rozpad jedné chemické vazby

Vědci změřili mechanické síly působící na přerušení vazby mezi oxidem uhelnatým a ftalocyaninem železa, který se jeví jako symetrický kříž ve skenovacích mikrofotografiích pořízených před a po prasknutí vazby. Zápočet: Pengcheng Chen et al.

Tým použil mikroskop s atomovou silou s vysokým rozlišením (AFM) pracující v kontrolovaném prostředí v Centru pro zobrazování a analýzu v Princetonu. Sonda AFM, jejíž hrot končí v jednom atomu mědi, se postupně pohybovala blízko vazby železo-uhlík, dokud nepraskla. Vědci změřili mechanické síly působící v okamžiku zlomeniny, které byly viditelné na obrázku zachyceném mikroskopem. Tým z Princetonské univerzity, University of Texas-Austin a ExxonMobil oznámil výsledky v příspěvku zveřejněném v září. Komunikace přírody.


Řekl spoluautor Craig Arnold, profesor strojního a leteckého inženýrství Susan Dodd-Brown a ředitel Princetonského institutu pro materiálovou vědu a technologii (PRISM).

“Skutečnost, že to dokážeme přesně rozeznat.” pouto„Tím, že je vytáhneme a zmáčkneme, nám to umožní hodně porozumět povaze těchto druhů vazeb – jejich síle, jak na sebe vzájemně působí – a to má všechny druhy účinků, zejména u katalytické katalýzy, kde to máte na povrch, a pak s ním něco interaguje a způsobí jeho rozpad. “řekl Arnold.

Nan Yao, hlavní vyšetřovatel studie a ředitel Centra pro zobrazování a analýzu v Princetonu, poznamenává, že experimenty také odhalily poznatky o tom, jak přerušení vazby ovlivňuje interakci katalyzátoru s povrchem, na kterém je adsorbován. Yao, který je také profesorem praxe a vedoucím výzkumným pracovníkem PRISM, dodal, že optimalizace konstrukce chemických katalyzátorů má význam pro biochemii, materiálovou vědu a energetické technologie.

V experimentech byl atom uhlíku součástí molekuly oxidu uhelnatého a atomem železa byl ftalocyanin železa, běžný pigmentový a chemický katalyzátor. Ftalocyanin železa je vytvořen jako symetrický kříž s jedním atomem železa ve středu komplexu kruhů spojených s dusíkem a uhlíkem. Atom železa reaguje s oxidem uhelnatým a železo a uhlík sdílejí pár elektronů v typu kovalentní vazby známé jako dativní vazba.

Yao a kolegové použili špičku sondy AFM v atomovém měřítku k přerušení vazby železo-uhlík přesným řízením vzdálenosti mezi špičkou a navázanými molekulami až po přírůstky 5 pikometrů (5 miliardtin milimetru). Ke zlomenině došlo, když byl hrot o 30 mikrometrů vyšší než molekuly-vzdálenost odpovídající asi jedné šestině šířky atomu uhlíku. V této výšce se polovina molekuly ftalocyaninu železa na AFM obraze zahmlila, což naznačuje bod prasknutí chemické vazby.

Vědci použili typ AFM známý jako bezkontaktní, u kterého špička mikroskopu nenavazuje přímý kontakt se studovanými molekulami, ale místo toho využívá změny frekvence mikro vibrací k vytvoření obrazu molekul. povrch.

Měřením těchto frekvenčních změn byli vědci také schopni vypočítat sílu potřebnou k přerušení vazby. Špička standardní měděné sondy přerušila vazbu železo-uhlík atraktivní silou 150 PKN. S další molekulou oxidu uhelnatého připojenou ke špičce byla vazba přerušena odpudivou silou 220 pC. Abychom se ponořili do základu těchto rozdílů, tým použil metody kvantové simulace k modelování změn hustoty elektronů během chimérická interakce.

Práce využívá techniku ​​AFM poprvé vyvinutou v roce 2009 k vizualizaci jednotlivých chemických vazeb. Řízené praskání chemické vazby pomocí systému AFM bylo náročnější než podobné studie o tvorbě vazby.

Leo Gross, který vede výzkumnou skupinu pro manipulaci s atomy a molekulami v IBM Research v Curychu a byl hlavním autorem roku 2009 studie který nejprve vyřešil chemickou strukturu molekuly pomocí AFM.

Nová studie rozbitím konkrétní vazby různými hroty, které používají dva různé mechanismy, přispívá k „zlepšení našeho chápání a kontroly štěpení vazeb manipulací s atomem. Přidává do naší sady nástrojů pro chemii manipulací s atomem a představuje krok vpřed směrem k návrh výroby stále komplexnějších molekul “, dodal Gross, který se do studie nezapojil.

Experimenty jsou velmi citlivé na vnější vibrace a další matoucí faktory. Specializovaný přístroj AFM je umístěn v Centru pro zobrazování a analýzu ve vysoce vakuovém prostředí a materiál je chlazen na teplotu 4 K, několik stupňů nad absolutní nulou, pomocí kapalného hélia. Tyto kontrolované podmínky poskytují přesná měření zajištěním molekulyEnergetické stavy a interakce jsou ovlivněny pouze experimentální manipulací.

“Potřebujete velmi čistý a dobrý systém, protože tato reakce může být velmi složitá – se spoustou.” atomy “Pravděpodobně nevíš, jakou vazbu v tomto malém měřítku přerušit,” řekl Yao a dodal: “Konstrukce tohoto systému zjednodušuje celý proces a vyjasňuje neznámé” při přerušení chemické vazby.

Hlavními autory studie jsou Pengcheng Chen, výzkumný pracovník PRISM a Dingxin Fan, PhD. Student na University of Texas – Austin. Kromě Yao byli dalšími odpovídajícími autory Yun Long Zhang z ExxonMobil Research and Engineering v Annandale v New Jersey a James R. Chilekowski, profesor na univerzitě v Austinu. Kromě Arnolda byli dalšími autory z Princetonu Annabella Siloni, profesorka chemie na David B. Jones a Emily Carterová, profesorka Gerharda R. Andlingera 52 v oboru energetiky a životního prostředí. Dalšími spoluautory ExxonMobil jsou David Dankworth a Stephen Rucker.


Jak kovy spolupracují na oslabení silných vazeb dusík-dusík


více informací:
přerušení dativní vazby mechanickými silami, Komunikace přírody (2021). DOI: 10,1038 / s41467-021-25932-6 A www.nature.com/articles/s41467-021-25932-6

Představení
Univerzita Princeton

citát: Tým měří rozchod jedné chemické vazby (2021, 4. října) Získáno 5. října 2021 z https://phys.org/news/2021-10-team-breakup-chemical-bond.html

Tento dokument podléhá autorským právům. Bez ohledu na jakékoli poctivé jednání za účelem soukromé studie nebo výzkumu nesmí být žádná část reprodukována bez písemného svolení. Obsah je poskytován pouze pro informační účely.

READ  Pravěké jelení kosti jsou považovány za jedny z nejstarších uměleckých děl na světě

You May Also Like

About the Author: Waldo Kemp

"Hrdý výtržník. Oceněný odborník na kávu. Hodně padá. Typický webový fanatik. Twitter geek."

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *