Πώς σχηματίζεται ένας χημικός δεσμός φάντασμα;

Posted on 13/09/2018

0


Δεσμοί – φαντάσματα που μοιάζουν με τριλοβίτες

Είναι αυτονόητο ότι για να γίνει ένας χημικός δεσμός χρειάζονται να συνδεθούν τουλάχιστον δυο άτομα. Όμως μια προτεινόμενη πειραματική μέθοδος θα μπορούσε να μειώσει αυτή την απαίτηση σε ένα μόνο άτομο (!), αποκαλύπτοντας στους ερευνητές μια νέα προοπτική για ασυνήθιστους χημικούς δεσμούς.

Ο Matthew Eiles και οι συνεργάτες του,  από το Πανεπιστήμιο Περντιού της Ιντιάνα, βρήκαν την μέθοδο κατασκευής ενός τέτοιου δεσμού, χρησιμοποιώντας ένα άτομο Rydberg – άτομο με ένα ηλεκτρόνιο διεγερμένο σε ανώτερη ενεργειακή στάθμη. Αυτός ο δεσμός ονομάζεται τριλοβίτης δεσμός, γιατί το τροχιακό που τον περιγράφει μοιάζει με τους Τριλοβίτες, ένα εξαφανισμένο είδος ασπόνδυλων.

Συνήθως οι επιστήμονες παρατηρούν τριλοβίτες δεσμούς σε ειδικούς τύπους διατομικών μορίων, όπως Rb2 και Cs2. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις, ένα από τα άτομα βρίσκεται σε μια κατάσταση Rydberg, ενώ το άλλο βρίσκεται στην θεμελιώδη κατάσταση. Επειδή το εξωτερικό ηλεκτρόνιο του ατόμου Rydberg σχηματίζει ένα απομακρυσμένο τροχιακό, αυτά τα «μόρια τριλοβίτες» έχουν ασυνήθιστα μεγάλο μέγεθος, περίπου 1000 φορές μεγαλύτερο από τα συνηθισμένα διατομικά μόρια. Χρησιμοποιώντας αριθμητική ανάλυση, ο Eiles και οι συνεργάτες του, έδειξαν ότι διαμέσου μιας ακριβούς ακολουθίας εναλλασσόμενων ηλεκτρικών και μαγνητικών παλμών, η ηλεκτρονιακή κυματοσυνάρτηση ενός υδρογονοειδούς ατόμου Rydberg μπορεί να μορφοποιηθεί έτσι ώστε να μοιάζει με ένα μόριο-τριλοβίτη. Έτσι, το διεγερμένο ηλεκτρόνιο έχει μεγαλύτερη πιθανότητα να βρίσκεται σε ένα σημεία του χώρου που απέχουν δεκάδες νανόμετρα από τον πυρήνα. Η κυματοσυνάρτηση παραμένει σ’ αυτή την κατάσταση για τουλάχιστον 200 μs, γεγονός που κάνει το άτομο Rydberg να φαίνεται πως συνδέεται με ένα ανύπαρκτο άτομο «φάντασμα».

Οι πειραματιστές θα πρέπει να βρουν πως θα μπορούσαν να ικανοποιήσουν τις αυστηρές απαιτήσεις του συγχρονισμού των ηλεκτρομαγνητικών παλμών και τον αποκλεισμό των εξωτερικών πεδίων. Αν καταφέρουν να ξεπεράσουν αυτά τα εμπόδια και παραχθεί ένας τέτοιος δεσμός φάντασμα, το σύστημα θα μπορούσε να παρατηρηθεί μέσα από την σκέδαση ηλεκτρονίων ή ακτίνων Χ.

Οι ερευνητές υποθέτουν πως ένας τέτοιος προσχηματισμένος δεσμός-φάντασμα θα μπορούσε να μεταβάλλει την ταχύτητα χημικών αντιδράσεων.

πηγή: https://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.121.113203