科学家发现了新型超强化学键,颠覆了化学的基本知识

  高中化学课我们学习过氢键和共价键。共价键是一种强化学键,它是原子之间共享电子的结果,可以将分子内的原子连接在一起。氢键是由氢与带负电的原子或分子之间的静电吸引作用而形成的,它一般都是较弱的,而且从本质上来说,它不是真正的化学键。氢键存在于各种物质中,最著名的是水。如果没有氢键,水在室温下会是气体而不是液体。

  

科学家发现了新型超强化学键,颠覆了化学的基本知识


  但是,在1月8日发表在《科学》杂志的文章显示,研究人员发现了一种强的氢键,它实际上是一种混合键,因为它包含了共享电子,模糊了氢键与共价键的区别。这一发现引发了化学键是如何定义的问题。

  以往我们对化学键的理解以及教授化学键的方式都是非黑即白的。但在化学反应的过程中,随着化学键的断裂和形成,它涉及到中间状态,这种状态的存在是非常短暂的,很难观察到。

  研究人员通过观察水中被称为双氟离子的原子群来表征这种杂化键,该原子团由夹在一对氟原子之间的单个氢原子组成。根据传统观点,氢原子通过共价键与一个氟原子结合,通过氢键与另一个氟原子结合。

  

科学家发现了新型超强化学键,颠覆了化学的基本知识


  研究人员利用红外光让氟化氢离子振动,并测量氢原子的反应。对于一个典型的氢键来说,随着原子在能量阶梯上爬得越高,这些能级之间的间距就会越小。但研究人员却发现,能级间隔增加了。这一行为表明,氢原子与两个氟原子之间是平等地连接,而不是通过共价键与一个氟原子紧密连接,通过氢键与另一个氟原子松散地连接。在这种排列中,共价键与氢键的区别被消除了。

  另外,研究人员也利用计算机来模拟这一过程。模拟结果表明,当氟原子相互靠近,挤压它们之间的氢原子时,氢键就会得到加强,最后就会像共价键一样牢固。但是,如果两个氟原子相距较远,传统的共价键和氢键之间的区别仍然存在。

  最终,研究人员得出结论,新发现的强氢键不能被描述为纯氢键,也不能被描述为纯共价键,它是两者的混合。强氢键被认为在运输氢离子方面起着重要作用,这一过程对多种生物机制至关重要,包括为细胞提供动力,以及为燃料电池等技术提供动力。因此,更好地理解这些混合键可以阐明各种各样的影响。

  

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  对化学键的新认识也提出了“什么才是分子”的问题。通过共价键连接的原子被认为是单个分子的一部分,而那些通过氢键连接的原子可以认为是不同的分子。所以靠强氢键连接的原子它到底是一个分子还是多个分子?

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