Phát hiện liên kết hóa học cực mạnh

Loại liên kết mới cho thấy, sự phân chia giữa các liên kết cộng hóa trị mạnh, thứ liên kết các phân tử lại với nhau và liên kết hydro yếu, hình thành giữa các phân tử và có thể bị phá vỡ bởi một việc đơn giản như khuấy muối vào cốc nước, điều không thể thấy rõ ràng như sách giáo khoa hóa học gợi ý.

Trong hệ thống kiến thức hóa học cấp ba, bạn sẽ thấy rằng, có nhiều loại liên kết hóa học khác nhau liên kết các nguyên tử thành phân tử và các cấu trúc tinh thể.

Các liên kết ion, cộng hóa trị và liên kết hydro đều tương đối bền.

Liên kết ion, liên kết kim loại và phi kim loại để tạo thành muối. Các liên kết cộng hóa trị mạnh liên kết các phân tử với nhau như carbon dioxide và nước. Các liên kết hydro yếu hơn được hình thành do một loại lực hút tĩnh điện giữa hydro và nguyên tử hoặc phân tử mang điện tích âm, ví dụ như hiện tượng các phân tử nước hút nhau và tạo thành các giọt hoặc băng kết tinh.

Các liên kết ion, cộng hóa trị và liên kết hydro đều tương đối bền; chúng có xu hướng tồn tại trong một khoảng thời gian dài và có những tác động dễ dàng quan sát được.

Nhưng các nhà nghiên cứu từ lâu đã biết rằng trong một phản ứng hóa học, khi các liên kết hóa học hình thành hoặc phá vỡ, câu chuyện trở nên phức tạp hơn và liên quan đến “trạng thái trung gian” có thể chỉ tồn tại trong một phần nhỏ của giây và khó quan sát được.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã cố gắng giữ cho những trạng thái trung gian này tồn tại đủ lâu để thực hiện một cuộc kiểm tra chi tiết. Những gì họ tìm thấy là một liên kết hydro với độ bền của liên kết cộng hóa trị, liên kết các nguyên tử lại với nhau thành một thứ giống như phân tử.

Để làm được điều đó, các nhà nghiên cứu đã hòa tan một hợp chất hydro-florua trong nước và theo dõi cách các nguyên tử hydro và flo tương tác.

Các nguyên tử flo bị hút vào các nguyên tử hydro do sự mất cân bằng của điện tích âm và dương trên bề mặt của chúng, cấu trúc cổ điển của liên kết hydro. Mỗi nguyên tử hydro có xu hướng bị kẹp giữa hai nguyên tử flo. Nhưng những chiếc bánh sandwich nhân hydro đó được liên kết với nhau bền hơn các liên kết hydro thông thường, vốn rất dễ bị phá vỡ.

Các nguyên tử hydro phản xạ qua lại giữa các nguyên tử flo, tạo thành liên kết mạnh như liên kết cộng hóa trị và giống như các phân tử, thứ mà liên kết hydro không thể hình thành. Nhưng cơ chế của liên kết mới là tĩnh điện, có nghĩa là nó liên quan đến sự khác biệt về điện tích âm và dương xác định liên kết hydro.

Các nhà nghiên cứu đã mô tả kết quả của mình trong một bài báo trên tạp chí Science. Theo đó, Mischa Bonn và Johannes Hunger, các nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Polyme Max Planck ở Đức, những người không tham gia vào nghiên cứu, đã viết rằng mối liên kết bất thường này làm mờ các phạm trù hóa học rõ ràng.

“Sự tồn tại của trạng thái liên kết cộng hóa trị - hydro không chỉ thách thức sự hiểu biết hiện tại của chúng ta về liên kết hóa học chính xác là gì, mà còn mang lại cơ hội để hiểu rõ hơn về các phản ứng hóa học, nơi mà trạng thái phản ứng trung gian thường được nhắc đến nhưng hiếm khi được nghiên cứu trực tiếp”.

Các liên kết tương tự có thể tồn tại trong nước tinh khiết khi một nguyên tử hydro bị kẹp giữa hai phân tử nước. Tuy nhiên, những mối liên kết đó được cho là tồn tại nhưng không tồn tại lâu dài, các nhà nghiên cứu viết. Và chúng chưa bao giờ được quan sát một cách đủ để đưa ra kết luận.

Các nhà khoa học cho rằng, nghiên cứu này có thể mở ra “sự hiểu biết sâu sắc hơn về liên kết bền chặt” và các trạng thái phản ứng trung gian.

Nguồn: Khoa học.tv