Научные исследования учёных из Университета Брауна меняют представление о химических связях в тяжёлых элементах, доказывая, что теория относительности Эйнштейна пересматривает классические представления о тройных химических связях. Это открытие может оказать влияние на многие области науки и технологий.
Значимость открытия
Учёные опубликовали свои результаты в журнале Science, подчеркивая, что при увеличении массы атомных ядер принципы теории относительности начинают оказывать влияние на структуру химических связей. В ходе исследований выяснили, что связи между углеродом и висмутом, тяжёлым элементом, обладают нехарактерными для лёгких элементов признаками.
Лай-Шэн Ван, профессор химии и ведущий автор исследования, заявил: "Идея о релятивистском влиянии на тяжёлые элементы обсуждается с 1970-х, но мы наконец-то привели прямые спектроскопические доказательства того, что традиционные уроки химии применимы не ко всем элементам".
Методология исследования
Для проверки гипотезы команда использовала фотоэлектронную спектроскопию, которая позволяет оценить прочность связей на основе расстояния, на которое вылетают электроны из молекул. Все результаты подтвердили наличие «гибридизации связывающих орбиталей», что привело к заключению о размытии границ между сигма- и пи-связями. Необходимо учитывать, что в тяжёлых элементах спин-орбитальное взаимодействие модифицирует отношения между электронами и создает новые типы химических связей.
Влияние на химию и промышленность
Для российских исследователей и инженеров выводы этого исследования открывают новые горизонты в области материаловедения и разработки химических соединений. Знание о том, что традиционная модель химической связи может быть неприменима к тяжёлым элементам, позволяет разрабатывать новые технологии и материалы, например, в области аккумуляторов и полупроводников.
В дальнейшем специалисты планируют углубить свои исследования в этой области, чтобы выявить дополнительные релятивистские эффекты в других тяжёлых элементах и их соединениях, что может привести к новым открытиям и технологиям.