En ny type kemisk binding:Charge-shift-bindingen

John Morrison Galbraith er lektor i kemi ved Marist College, der studerer kemisk binding, som er den proces, der holder atomer sammen for at lave molekyler.

Hvad har du opdaget?

Tog du et kemikursus på gymnasiet? Troede du, at det var et kedeligt statisk felt fyldt med etablerede fakta, der blev bestemt for længe siden? Jeg har forsket, der viser, at den mest fundamentale af disse etablerede "fakta, "arten af ​​den kemiske binding, er nu i tvivl.

Du har sandsynligvis hørt om kovalente bindinger, hvor elektroner deles mellem atomer, og ioniske bindinger, hvor elektroner overføres fuldstændigt fra et atom til et andet. Men du kender sikkert ikke til en tredje type obligation, opdaget i begyndelsen af ​​1990'erne af Sason Shaik og Philippe Hiberty:charge-shift-obligationen. Jeg begyndte at arbejde med dem kort tid efter.

Hvad gør en charge-shift obligation anderledes?

I charge-shift obligationer, elektroner deles og overføres på samme tid.

Det lyder måske lidt skørt, men tænk på det sådan:Du kender de bevægelige gangbroer i lufthavne? Antag, at i over 100 år, folk troede, at den eneste måde at komme fra et punkt til et andet var enten at stå på den bevægelige gangbro eller gå langs den.

Antag nu, at nogen indså, at der er en tredje måde at bevæge sig på:Du kan stå på gangbroen og gå på samme tid. Den hastighed, hvormed du bevæger dig gennem lufthavnen, skyldes ikke, at du står eller går, men en kombination af begge.

Sammen med Shaik, Hiberty og en håndfuld andre rundt om i verden, Jeg har hjulpet med at vise, at charge-shift bonding er et bredt fænomen, der sker mellem en række elementer fra hele det periodiske system.

Hvad inspirerede denne opdagelse?

Shaik og Hiberty beregnede den energi, der kræves for at bryde en række obligationer ved hjælp af en metode kaldet valensbindingsteori. Kemi handler om mønstergenkendelse, og alle de bindinger, de studerede, passer til et veletableret mønster, undtagen bindingen mellem to fluoratomer. Traditionelt tænkt som en rent kovalent binding, dette molekyle opførte sig ikke som enhver anden kovalent binding. Ved at forsøge at forstå hvorfor, Shaik og Hiberty afdækkede noget helt unikt.

Hvorfor er det vigtigt?

Dette er den første store ændring i den måde, kemikere tænker på binding i mere end 100 år. Kemisk binding er kernen i kemien, så ændrer den måde, kemikere tænker på binding, vil ændre hele feltet.

Hvordan anvendes charge-shift obligationer i den virkelige verden?

Syntetiske materialer såsom computerchips, plast, kosmetik, tekstiler og medicin kommer fra at lave og bryde kemiske bindinger.

Derfor, indsigt i kemisk binding kan inspirere nye materialer med egenskaber, vi endnu ikke har forestillet os. Vi ser allerede, at kemikere udnytter egenskaberne af ladningsforskydningsbindinger for at fremskynde kemiske reaktioner og for at forstå egenskaberne ved industrielle opløsningsmidler.

Hvad er det sejeste element i din nye forskning?

Kemi er i live og ændrer sig konstant - det var det, der først tiltrak mig til feltet. Charge-shift bonding udfordrer noget så fundamentalt for feltet, at det stort set tages for givet.

Dramaet med gennemgribende teoriændring er her fuldt ud:Konceptet blev introduceret for mange år siden, men blev ikke hurtigt accepteret; over tid, flittigt arbejde af en håndfuld troende gav mere støtte til ideen; og nu vinder den udbredt accept på grund af verifikation via alternative eksperimentelle og teoretiske midler.

Jeg synes også, det er fascinerende, at de fleste kemiske processer nu pålideligt kan modelleres på en computer. Jeg kunne altid godt lide kemi for den viden, det gav om, hvordan tingene fungerer på atomskalaen. Imidlertid, Jeg følte mig aldrig tryg ved at lege med bæger og farlige kemikalier. Mens kemi stadig er en overvejende eksperimentel videnskab, i dag kan computere styre disse eksperimenter og samtidig give et sted for en eksperimentelt udfordret kemiker som mig selv.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.