В замечательном достижении научных исследований ученые впервые наблюдали квантовое туннелирование в атомах фтора. Это новаторское открытие, объявленное в этом году, знаменует собой значительный прогресс в нашем понимании квантовой механики и ее применений в химии.
Квантовое туннелирование, явление, при котором частицы могут проходить через энергетические барьеры, которые они не должны преодолевать, обычно наблюдается в более мелких частицах, таких как электроны. Однако ученые из Свободного университета Берлина в сотрудничестве с коллегами из Франции продемонстрировали этот эффект в атомах фтора. Этот прорыв открывает новые пути для управления химическими реакциями и лучшего понимания химии фторированных соединений.
Путь команды начался с экспериментов по лазерной абляции, направленных на изучение переходных металлов. Они заметили неожиданный сигнал в своих ИК-спектрах, что привело их к гипотезе о существовании экзотического полифторидного иона. С помощью дальнейших экспериментов и моделирования они подтвердили, что центральный атом фтора в полифторидном ионе действительно подвергался квантовому туннелированию. «Мы смогли смоделировать весь анион, F, в матричной полости атомов неона. И мы нашли соответствие между экспериментом и теорией», — объяснил Себастьян Ридель.
Это открытие особенно важно, потому что фтор является самым тяжелым атомом, когда-либо наблюдавшим квантовое туннелирование в химическом эксперименте. Как отметил Себастьян Козух из Университета Бен-Гуриона, Израиль, «Это самый тяжелый атом, который наблюдался в туннелировании в экспериментальной химической ситуации». Неоновая матрица, окружающая молекулу, играет решающую роль, создавая давление, которое индуцирует процесс туннелирования, снижая энергетический барьер.
Последствия этого исследования выходят за рамки фундаментальной химии. Фторированные соединения широко используются в лекарствах, батареях и других современных приложениях. Однако их высокостабильные связи C-F представляют собой риск загрязнения. Более глубокое понимание связи фтора, как подчеркнул Ридель, необходимо для решения этих экологических проблем. «Мы должны понимать, как можно активировать связи фтора», — подчеркнул он.