Badania odkrywają, że atomy mogą się wiązać
Od wielu lat molekuła dimera berylu zadziwiała chemików. Ostatnie pomiary pomogły naukowcom zidentyfikować 11 poziomów oscylacji, a teraz amerykańsko-czeski zespół naukowców rzuca światło na 12 poziom. Odkrycia opublikowano w magazynie Science. Dimer berylu złożony z dwóch atomów jest stałym metalem toksycznym, występującym w minerałach, które można wykorzystywać w stopach z innymi metalami do różnych zastosowań takich jak części do broni nuklearnej - wyjaśnia dr Krzysztof Szalewicz i dr Konrad Patkowski z Uniwersytetu Delaware w USA oraz Vladim¡r Spirko, chemik z Czeskiej Akademii Nauk. Naukowcy przypuszczali dawniej, że dwa atomy tworzące dimer berylu odbiły się od siebie. Dr Patkowski, naczelny autor raportu, mówi, że te hipotezy opierały się na podstawowej teorii chemicznej, która wyjaśnia w jaki sposób elektrony w molekule zajmują różne orbity. Niemniej ponad 40 lat temu naukowcy odkryli, że w rzeczywistości te dwa atomy wiążą się ze sobą. Jednak podejmowane próby zbadania sił wiążących atomy berylu dawały bardzo różne wyniki. Przenosząc się z przeszłości do maja 2009 r., zespół z Uniwersytetu Emory w USA odkrywa energię oscylacyjną wiążących atomów na 11 poziomach. Wreszcie naukowcom udało się pogodzić modele teoretyczne i eksperymentalne. "Molekuły oscylują, zatem odległość między atomami zmienia się w czasie. Molekuła po prostu nie może usiedzieć na miejscu bez oscylowania" - mów dr Patkowski. "Im większa jest energia oscylacyjna molekuły, tym bardziej atomy oddalają się od swojego położenia równowagi." W ramach ostatnich badań naukowcy potwierdzili dwunasty, najwyższy poziom oscylacji molekuły berylu. Kluczem do tego odkrycia były prace nad morfingiem prowadzone przez dr Spirko. Naukowcy mogą wprowadzić proste zmiany do teoretycznej krzywej energii oddziaływania, aby zapewnić zgodność z odkryciami eksperymentalnymi - twierdzi zespół. "Wersje morfingowe potencjalnej energii, dopasowane do danych doświadczalnych, ściśle odwzorowują zaobserwowane widma" - wyjaśniają. "Wyniki [zespołu Emory] są zgodne z naszymi, a wyjaśnienie wcześniejszej tajemniczej niezgodności między wynikami doświadczeń a obliczeniami teoretycznymi przyniosło prawdziwą satysfakcję" - mówi dr Patkowski. "Ich prace pokazały, że podążamy w dobrym kierunku." "Dimer berylu jest powszechnie wykorzystywany w badaniach porównawczych w fizyce doświadczalnej i teoretycznej, ale sama molekuła z pewnością powszednia nie jest" - podkreśla. "To prototypowy system, który jest mały i nieprzyjemny zarówno w badaniach eksperymentalnych ze względu na swoją toksyczność i reaktywność, jak i w badaniach teoretycznych ze względu na słabe sprawdzanie się w tym przypadku standardowych metod chemii kwantowej" - dodaje. "Jeżeli chodzi o tę molekułę, to ciekawym jest fakt, że zgodnie z podstawową wiedzą chemiczną atomy nie będą się wiązać, a jednak się wiążą i to całkiem mocno. To dobry model do opracowywania nowych teorii w fizyce molekularnej." Badania zostały dofinansowane w części przez Czeską Akademię Nauk i czeskie Ministerstwo Edukacji, Młodzieży i Sportu.
Kraje
Czechy, Stany Zjednoczone