(Mark Mawson/Stone/Getty Images) Wissenschaftler haben kürzlich eine völlig neue Art chemischer Bindung entdeckt – und sie ist viel stärker, als sie sein sollte.
Der neue Bindungstyp zeigt, dass die Kluft zwischen starken kovalenten Bindungen, die Moleküle aneinander binden, und schwachen Wasserstoffbrückenbindungen, die sich zwischen Molekülen bilden und durch etwas so Einfaches wie das Einrühren von Salz in ein Glas Wasser aufgebrochen werden können, nicht so klar ist wie es Chemielehrbücher vermuten lassen.
Denken Sie an diese Highschool zurück Chemie Klasse, und Sie werden sich daran erinnern, dass es verschiedene Arten von Bindungen gibt, die miteinander verbunden sind Atome zu Molekülen und Kristallstrukturen zusammenfügen.
Ionenbindungen verbinden Metalle und Nichtmetalle zu Salzen. Starke kovalente Bindungen binden Moleküle wie z Kohlendioxid und Wasser. Aufgrund einer elektrostatischen Anziehung zwischen Wasserstoff und einem stärker negativ geladenen Atom oder Molekül bilden sich weitaus schwächere Wasserstoffbrückenbindungen, die beispielsweise dazu führen, dass sich Wassermoleküle gegenseitig anziehen und Tröpfchen oder kristallines Eis bilden.
Ionische, kovalente und Wasserstoffbrückenbindungen sind alle relativ stabil; Sie halten in der Regel über einen längeren Zeitraum an und ihre Auswirkungen sind leicht zu beobachten.
Aber Forscher wissen seit langem, dass während einer chemischen Reaktion, wenn sich chemische Bindungen bilden oder aufbrechen, die Geschichte komplizierter ist und „Zwischenzustände“ beinhaltet, die für winzige Sekundenbruchteile existieren können und schwieriger zu beobachten sind.
In der neuen Studie gelang es den Forschern, diese Zwischenzustände lange genug aufrechtzuerhalten, um eine detaillierte Untersuchung durchzuführen. Sie fanden eine Wasserstoffbindung mit der Stärke einer kovalenten Bindung, die Atome zu etwas zusammenbindet, das einem Molekül ähnelt.
Dazu lösten die Forscher eine Fluorwasserstoffverbindung in Wasser und beobachteten, wie der Wasserstoff und Fluor Atome interagierten. Die Fluoratome wurden aufgrund des Ungleichgewichts positiver und negativer Ladungen auf ihren Oberflächen von den Wasserstoffatomen angezogen, der klassischen Struktur einer Wasserstoffbindung. Jedes Wasserstoffatom befand sich in der Regel zwischen zwei Fluoratomen.
Aber diese Sandwiches waren fester miteinander verbunden als typische Wasserstoffbrückenbindungen, die leicht gebrochen werden können. Die Wasserstoffatome sprangen zwischen den Fluoratomen hin und her und bildeten Bindungen, die so stark wie kovalente Bindungen waren und Molekülen ähnelten, die Wasserstoffbrücken nicht bilden sollten.
Der Mechanismus der neuen Bindung war jedoch elektrostatisch, was bedeutet, dass es zu den Unterschieden in der positiven und negativen Ladung kam, die Wasserstoffbrücken definieren.
Die neuen Bindungen hatten eine Stärke von 45,8 Kilokalorien pro Mol (eine Einheit chemischer Bindungsenergie), mehr als einige kovalente Bindungen. Stickstoffmoleküle bestehen beispielsweise aus zwei Stickstoffatomen, die mit einer Stärke von etwa 40 kcal/mol miteinander verbunden sind LibreTexts .
Eine Wasserstoffbindung hat dem Buch zufolge typischerweise eine Energie von etwa 1 bis 3 kcal/mol Biochemie .
Sie beschrieben ihre Ergebnisse in einem Artikel, der am Donnerstag (7. Januar) in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Wissenschaft . In einer begleitenden Artikel In Wissenschaft Mischa Bonn und Johannes Hunger, Forscher am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Deutschland, die nicht an der Studie beteiligt waren, schrieben, dass diese ungewöhnliche Verbindung die klaren Kategorien von verwischt Chemie .
„Die Existenz eines hybriden kovalent-wasserstoffgebundenen Zustands stellt nicht nur unser derzeitiges Verständnis davon, was eine chemische Bindung genau ist, in Frage, sondern bietet auch die Möglichkeit, chemische Reaktionen besser zu verstehen“, schrieben sie, „bei denen häufig von ‚Zwischenreaktionszuständen‘ ausgegangen wird.“ aber selten direkt studiert.'
Ähnliche Bindungen existieren wahrscheinlich in reinem Wasser, schrieben sie, wenn ein Wasserstoffatom zwischen zwei Wassermolekülen eingeschlossen ist. Man geht jedoch davon aus, dass diese Bindungen existieren, aber nicht so langlebig sind, schreiben die Forscher. Und sie wurden nie schlüssig beobachtet.
Sie schrieben, dass diese Studie die Tür zu einem „tieferen Verständnis der starken Bindung“ und der Zwischenreaktionszustände öffnen könnte.
Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Live-Wissenschaft . Lesen Sie den Originalartikel Hier .