Учёные придумали новый способ, как анализировать электронную структуру молекул, используя обменную силу. Метод показывает, что электроны с одинаковым спином не могут находиться в одном месте из-за квантовых законов. Такой подход дополняет старые методы, которые смотрят только на распределение электронной плотности, и помогает лучше понять, как ведут себя химические связи и как реагируют соединения. Об этом «Жуковский.Life» рассказали в пресс-службе Российского научного фонда. Результаты были опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics. Авторы надеются, что их работа поможет в создании новых материалов, катализаторов и лекарств.
Электронная структура молекул — это как основа для понимания, насколько вещество стойкое и как оно реагирует. Поэтому её изучение — важная часть химии. Долгое время учёные использовали орбитальный метод, который показывает связи через перекрытие молекулярных орбиталей. Но, к сожалению, эти орбитали — это всего лишь математические модели и не всегда точно отражают реальность. Есть и другие методы, которые позволяют определить ключевые элементы структуры, но они не дают полной картины о взаимодействии электронов.
Учёные из Казани предложили новый метод анализа электронной структуры, проверив его на молекуле N-оксида пиколиновой кислоты и ионной паре соли Аппеля. Внутри молекул есть силовые поля, похожие на электрические, которые описывают взаимодействия электронных облаков. Одно из таких полей — это обменная сила, связанная с распределением электронов и их спинами. Это требует согласованности в их движении, что известно как Ферми-корреляция.
Чтобы лучше понять обменную силу, учёные предложили оценивать её проекцию на общее статическое силовое поле. Это помогает найти области, где обменные взаимодействия либо согласуются, либо противоречат общей картине сил. Это важно, потому что такие области связаны с химически значимыми объектами, как электронные пары.
Кроме того, анализ распределения обменной силы и связанной с ней обменной плотности заряда показал, что именно обменные эффекты играют ключевую роль в формировании структуры вещества. Этот подход даёт новые возможности для понимания природы химических связей и может стать основой для создания количественных моделей, полезных при проектировании молекул с заданными свойствами.
Учёные планируют расширить круг изучаемых соединений и проверить свои выводы с помощью рентгеноструктурного анализа, как рассказал Сергей Карташов, младший научный сотрудник и аспирант Института органической и физической химии имени А.Е. Арбузова.
Ранее сообщалось, что в Нижнем Новгороде придумали новые соединения олова. Соединения используют особый редокс-активный ONNO-лиганд, который может пригодиться в устройствах для хранения энергии.