Сложное оборудование позволило авторам охладить вещество почти до абсолютного нуля.
Фото Jon Chase/Harvard University.
Химики зафиксировали образование промежуточной четырёхатомной молекулы, которая обычно распадается быстрее, чем её успевают детектировать.
Иллюстрация Jon Chase/Harvard University.
Учёным важно понимать, как протекают те или иные химические реакции. Чем больше подробностей, тем выше уровень получаемых знаний. Некоторое время назад они реализовали химическую реакцию при рекордно низкой температуре в 0,5 микрокельвина. Благодаря этому взаимодействие реагирующих молекул замедлилось в миллионы раз, и учёные смогли наблюдать за различными стадиями реакции в удивительнейших деталях. Ожидается, что в будущем новый подход позволит проверить многие химические теории.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Science.
Когда две молекулы встречаются и вступают в химическую реакцию, этот процесс длится несколько пикосекунд (триллионные доли секунды). Поэтому учёным крайне трудно отследить различные стадии его течения. Ещё недавно химики видели только, что было в начале и что стало в конце, а о том, что же случилось посередине, оставалось лишь строить теории.
Завесу тайны приоткрыли фемтосекундные лазеры, позволяющие с огромной частотой делать своего рода мгновенные снимки происходящего в пробирке процесса. Их импульсы в тысячи раз короче акта химической реакции, поэтому они позволяют проследить за реакцией в деталях (которые как раз и имеют фемтосекундный масштаб).
Однако этот подход имеет свои ограничения, и химики нуждаются в новых методах, позволяющих подсмотреть за личной жизнью молекул в ещё более пикантных подробностях.
С этой целью авторы нового исследования разработали методику проведения химических реакций с очень-очень-очень низкой скоростью. Акт превращения одного вещества в другое в их случае длился в миллионы раз дольше обычного: несколько микросекунд. По меркам микромира это почти вечность.
"Вероятно, в ближайшие пару лет мы всё ещё будем единственной лабораторией, которая смогла это осуществить", – не без удовольствия отмечает первый автор статьи Мин-Гуан Ху (Ming-Guang Hu) из Гарвардского университета.
Химики зафиксировали образование промежуточной четырёхатомной молекулы, которая обычно распадается быстрее, чем её успевают детектировать.
Иллюстрация Jon Chase/Harvard University.
Что же было сделано? С помощью системы лазеров исследователи охладили соединение калия и рубидия (KRb) до температуры 500 нанокельвинов. Это всего на половину миллионной доли градуса выше абсолютного нуля и гораздо холоднее межзвёздного пространства.
В таких экзотических условиях и протекала реакция 2KRb → K2 + Rb2.
В ходе этой реакции образуется промежуточный продукт K2Rb2, но эта четырёхатомная молекула обычно существует так недолго, что её присутствие не удаётся зафиксировать. Однако, замедлив реакцию до предела, учёные смогли зарегистрировать неуловимое вещество.
Исследователи надеются, что новый метод позволит детально изучить механизмы по крайней мере некоторых химических реакций (не все они могут протекать в столь экзотических условиях). Это, в свою очередь, позволит проверить общие химические теории. Плоды же у этих теорий могут быть самыми что ни на есть практическими. Например, они могут помочь в синтезе новых лекарств или материалов.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о самом медленном эксперименте в истории и о сверхбыстрых лазерах, помогающих изучить движение электронов в атоме. Рассказывали мы и об ультрахолодном состоянии вещества, а также о невероятно большой двухатомной молекуле.
