Скрипучие, облачные или сферические - электронные орбитали показывают, где и как электроны движутся вокруг атомных ядер и молекул. В современной химии и физике они зарекомендовали себя как полезная модель для квантово-механического описания и прогнозирования химических реакций. Только если орбитали совпадают по пространству и энергии, они могут быть объединены - это то, что происходит, когда два вещества вступают в химическую реакцию друг с другом. Кроме того, есть еще одно условие, которое должно быть выполнено, как теперь обнаружили исследователи из Центра Форшунгс Юлих и Университета Граца: ход химических реакций, по-видимому, также зависит от распределения орбит в импульсном пространстве. Результаты были опубликованы в журнале Сообщения о природе.
Химические реакции, в конечном счете, представляют собой не что иное, как образование и разрушение электронных связей, которые также можно описать как орбитали. Таким образом, так называемая теория молекулярных орбиталей позволяет предсказать ход химических реакций. Химики Кеничи Фукуи и Роальд Хоффманн получили Нобелевскую премию в 1981 году за значительное упрощение метода, что привело к его широкому использованию.
"Обычно анализируются энергия и местоположение электронов. Однако, используя метод фотоэмиссионной томографии, мы рассмотрели распределение импульсов орбиталей", - объясняет доктор Сергей Субач. Вместе со своими коллегами из Института Петера Грюнберга (PGI-3) в Юлихе и Университета Граца в Австрии он адсорбировал различные типы молекул на металлических поверхностях в серии экспериментов и отобразил измеренный импульс в так называемом импульсном пространстве.
"Фотоэмиссия от множества различных молекул на металлах, которую мы измеряем, также может быть предсказана теоретически. В качестве модели просто используется свободная молекула, которая не взаимодействует с металлом. Но когда мы измерили олигофенилы на меди, мы внезапно поняли, что экспериментальный результат значительно отличается от теоретических предсказаний. Определенные части пространства импульса оставались незанятыми", - сказал Субач. Эти области импульса соответствуют известным запрещенным зонам электронных состояний, которые обычно встречаются в благородных металлах. И один из используемых материалов, медь, тоже является таким благородным металлом.
Для этой работы исследователи провели эксперименты на синхротроне Elettra в Триесте, Италия. Там международный консорциум, возглавляемый Forschungszentrum Jülich, управляет спектроскопом NanoESCA на линии луча, который содержит фотоэмиссионный электронный микроскоп для орбитальных томографических измерений. Работа была выполнена в сотрудничестве с проф. Майкл Г. Рэмси и теоретик проф. Питер Пушниг из Университета Граца. Своими квантово-механическими моделями для всей взаимодействующей системы - молекул и поверхности металла - Питер Пушниг предоставил ключ к объяснению недавно открытого критерия отбора.
Комментарии