Nowe wiązanie chemiczne: wystarczy jeden elektron

Wiązania kowalencyjne to wiązania, w których atomy mają wspólne elektrony. We wszystkich znanych dotychczas przypadkach chodziło o dwa, cztery czy sześć elektronów.

Istnienie wiązania kowalencyjnego, które wykorzystuje tylko jeden elektron zostało przewidziane już w roku 1931 przez amerykańskiego chemika i fizyka Linusa Paulinga, laureata Nagrody Nobla w dziedzinie chemii (1954) oraz pokojowej Nagrody Nobla (1962). Jednak dopiero teraz udało się wytworzyć takie wiązanie pomiędzy atomami węgla (https://www.nature.com/articles/s41586-024-07965-1).

Prof. Takuya Shimajiri z Uniwersytetu Tokijskiego i jego zespół od lat prowadza badania nad wiązaniami chemicznymi. Ich wcześniejsze prace dotyczyły wiązań wyjątkowo długich i elastycznych.

Teraz japońscy naukowcy wykorzystali reakcję chemiczną (utlenianie), aby usunąć elektron z istniejącego dwuelektronowego wiązania kowalencyjnego między dwoma atomami węgla. Wykorzystali dużą cząsteczkę węglowodoru stabilizującą wyjątkowo długie wiązania między atomami węgla (dlatego zastąpienie usuniętego elektronu innym elektronem z cząsteczki byłoby kosztowne energetycznie).

Wcześniejsze próby usuwania elektronów prowadziły do powstania słabych, łatwo rozpadających się wiązań (rozpadały się one zbyt szybko, aby można było przeprowadzić dokładna analizę chemiczną).

Cząsteczka, z której korzystał zespół Shimajiriego była dostatecznie stabilna, aby dokonać analizy z wykorzystaniem promieniowania rentgenowskiego oraz kilku rodzajów światła. Sposób, w jaki było odbijane lub absorbowane promieniowanie dowodził, że chodzi o stabilne wiązanie jednoelektronowe.

Zdaniem ekspertów odkrycie może doprowadzić do stworzenia zupełnie nowych rodzin cząsteczek. Prof. Shimajri zamierza zbadać, w jaki sposób jednoelektronowe wiązania kowalencyjne mogą zmieniać reakcje chemiczne. On i jego współpracownicy chcą też wyjaśnić, czym właściwie jest wiązanie kowalencyjne, skoro może wyglądać inaczej niż dotychczas przyjmowano.

Autor: Paweł Wernicki