Химики Манчестерского университета впервые применили методы квантовой кристаллографии для изучения химических связей между атомами тория. Такой подход позволил увидеть, как три атома тяжелого металла могут «делить» между собой один или даже два электрона.
«Понимание того, как распределены электроны в сложных атомных системах, крайне важно для оценки их свойств. Даже малейшие сдвиги в характере связей между атомами сильно меняют то, как ведет себя тот или иной материал. Появление возможности напрямую наблюдать за общими для нескольких атомов электронами позволит нам быстрее соединять друг с другом теорию и практику», — объясняет профессор Стивен Лиддл из Манчестерского университета.
Традиционный метод рентгеновской кристаллографии, используемый для изучения структуры молекул, требует выращивания идеальных кристаллов и их облучения мощными рентгеновскими пучками, генерируемыми на ускорителях частиц. Это делает процесс трудоемким и дорогостоящим.
Квантовая кристаллография предлагает более доступную альтернативу. Ученые получают всего одну рентгеновскую фотографию молекулы, а затем, опираясь на относительно простые квантово-химические расчеты, определяют ее трехмерную структуру.
Основной вызов при работе с тяжелыми металлами заключался в учете релятивистских эффектов, которые изменяют физические свойства и взаимодействие электронов. Британские химики успешно внедрили эти поправки в свою модель.
Новый подход важен для материаловедения. Возможность «видеть» и анализировать столь сложные связи открывает перспективы для разработки и прогнозирования свойств новых материалов на основе тяжелых металлов, которые могут найти применение в ядерной энергетике, катализе и электронике.
