Выяснена структура молекулы HOOO
|
Физики из Токийского университета впервые экспериментально определили пространственную структуру молекулы триоксида водорода (HOOO). Разработанная ими методика применима и к другим похожим молекулам.
Всем известно, что основа органической жизни — сложные углеродные молекулы-цепочки. Оказывается, цепочечные молекулы могут образовывать и другие элементы, даже такие активные, как кислород. Например, молекула озона (О3) представляет собой самую простую кислородную цепочку: треугольник с одной разорванной стороной.
В 1999 году было открыто вещество триоксид водорода (HOOO), которое должно играть важную роль в динамике озона в атмосфере. Радикал HOOO оказался непрочным соединением, что затрудняло его изучение в лаборатории, и до сих пор его детальная пространственная структура оставалась неизвестной. Разнообразные теоретические расчеты также не смогли дать ответ на вопрос, какая именно форма молекулы наиболее устойчива.
В статье, появившейся в выпуске журнала Science от 24 июня 2005 года (K.Suma et al., Science, 308, 1885), были расставлены все точки над i. Авторы сообщают о результатах изучения вращательных уровней энергии этой молекулы, что позволило им точно определить все геометрические параметры (длины O-O и H-O связей и углы между ними) этой молекулы.
Чтобы понять метод, использованный авторами работы, вспомните пример, с которым вы наверняка сталкивались в жизни. Возьмем длинную палку за середину и попытаемся одними только пальцами придать ей заметную скорость вращения. Усилие, которое для этого потребуется, довольно велико. Если же мы возьмем вместо палки любое компактное тело той же массы (например, свинцовый шарик), то его закрутить до этой скорости вращения будет заметно легче. Таким образом, энергия вращения зависит не только от массы тела, но и от его размеров и формы. Это утверждение работает и в мире атомов и молекул. Именно поэтому, изучая энергию разного типа вращения, можно сделать вывод о форме и размерах тела.
Проделав этот анализ, ученые убедились, что добавление атома водорода к озону приводит к продолжению цепочки. Средняя связь при этом — самая длинная, так что молекулу можно представить как слабо связанное состояние HO и O2. Теоретический анализ показал, что молекула представляет собой плоский транс-изомер (т. е. имеет Z-образную форму), а присутствие цис-изомеров (с П-образной формой) обнаружено не было. Дальнейшее изучение этой молекулы должно существенно прояснить процесс круговорота озона в верхних слоях атмосферы.
В той же работе приведены данные и по молекуле DOOO, в которой водород был замещен своим тяжелым собратом дейтерием. Авторы работы отмечают, что их методика может применяться и к другим похожим соединениям — галоген-O3, HO4 и т. д.
Игорь Иванов
