У видатній події наукового дослідження, дослідники вперше спостерігали квантове тунелювання в атомах фтору. Це проривне відкриття, оголошене цього року, знаменує значний прогрес у нашому розумінні квантової механіки та її застосувань у хімії.
Квантове тунелювання, явище, коли частинки можуть проходити через енергетичні бар'єри, які вони не повинні мати змоги подолати, зазвичай спостерігається в менших частинках, таких як електрони. Однак вчені з Вільного університету Берліна у співпраці з колегами з Франції тепер продемонстрували цей ефект в атомах фтору. Цей прорив відкриває нові шляхи для контролю хімічних реакцій та кращого розуміння хімії фторованих сполук.
Подорож команди почалася з експериментів лазерної абляції, спрямованих на вивчення перехідних металів. Вони помітили несподіваний сигнал у своїх ІЧ-спектрах, що спонукало їх висунути гіпотезу про існування екзотичного поліфторидного іона. За допомогою подальших експериментів та моделювання вони підтвердили, що центральний атом фтору в поліфторидному іоні дійсно зазнає квантового тунелювання. «Зараз ми змогли змоделювати весь аніон, F, у матричній порожнині атомів неону. І ми знайшли відповідність між експериментом і теорією», – пояснив Себастьян Рідель.
Це відкриття особливо важливе, оскільки фтор є найважчим атомом, який коли-небудь спостерігався, що демонструє квантове тунелювання в хімічному експерименті. Як зазначив Себастьян Козух з Університету Бен-Гуріона, Ізраїль: «Це найважчий атом, який спостерігався за тунелюванням в експериментальній хімічній ситуації». Неонова матриця, що оточує молекулу, відіграє вирішальну роль, створюючи тиск, який індукує процес тунелювання, знижуючи енергетичний бар'єр.
Наслідки цього дослідження виходять за межі фундаментальної хімії. Фторовані сполуки широко використовуються в ліках, батареях та інших сучасних застосуваннях. Однак їхні високостабільні зв’язки C-F становлять ризик забруднення. Глибше розуміння зв’язку фтору, як підкреслив Рідель, є важливим для вирішення цих екологічних проблем. «Ми повинні розуміти, як можна активувати зв’язки фтору», – підкреслив він.