Przewidywania tlenku helu schwytanego w pole elektryczne dwóch

Przewidywania tlenku helu schwytanego w pole elektryczne dwóch cząsteczek LiF
Pierwiastek hel (He) to klasyczny gaz szlachetny
którego atom wykazuje rekordowe wielkości dla
wielu właściwości fizykochemicznych. Mając
tylko dwa elektrony na zamkniętej powłoce 1s He
jest najmniejszym, najsłabiej polaryzowalnym,
najtrudniejszym do zjonizowania, i najbardziej
elektroujemnym znanym atomem. Gazowy hel
uwaŜany jest za ‘gaz idealny’ i uŜywany jako
standard ściśliwości i ciśnienia. Nasza percepcja
pierwiastka helu kształtowana jest przez obrazy
bezbarwnego chłodziwa, ultra-zimnej i łatwo
wrzącej
cieczy,
która
pod
ciśnieniem
atmosferycznym nie krystalizuje nawet w
temperaturze zera bezwzględnego lecz łatwo
zamienia się w gaz uciekający z ziemskiego pola
grawitacyjnego.
Ciekły hel wrzący w temperaturze 4.2 K (–269 oC).
W konsekwencji posiadania zamkniętej powłoki
elektronowej hel jest bardzo niereaktywny:
nienaładowane cząsteczki zawierające chemicznie
związany hel nie były nigdy zsyntezowane. W
przeszłości teoretycy próbowali przewidywać róŜne
obojętne elektrycznie układy zawierające atom helu,
ale bez większego sukcesu; albo posiadały one
bardzo słabe wiązania chemiczne do atomu helu (na
granicy silnych oddziaływań polaryzacyjnych, jak
dla He…BeO) albo ich szacowany czas Ŝycia nie
przekraczał zakresu nanosekund (10–9 s, jak dla
HHeF).
Polski chemik, Wojciech Grochala z Uniwersytetu
Warszawskiego,
zbadał
teraz
teoretycznie
cząsteczkę tlenku helu umieszczoną w środku
“ferroelektrycznej wnęki” złoŜonej z dwóch
równoległych dipoli LiF. Grochali udało się
przewidzieć z uŜyciem metod mechaniki
kwantowej, ze mała cząsteczka (HeO)(LiF)2
powinna być płaska i zawierać spolaryzowaną
grupę Heδ+Oδ–. Obliczenia sugerują, Ŝe jest ona
metastabilna: dystorsje mogące zniszczyć jej
integralność powinny być jednak zahamowane w
niskich temperaturach
(poziomy oscylacyjne
znajdują się w lokalnej studni potencjału).
Obliczone właściwości elektryczne “motylkowej
cząsteczki” (HeO)(LiF)2: linie pola elektrycznego –
granat, poziomice potencjału elektrostatycznego –
od czerwieni, przez pomarańcz, Ŝółć, zieleń, do
jasnoniebieskiego;
powierzchnia
zerowego
potencjału – brązowo-czerwona.
Synteza
(HeO)(LiF)2
lub
podobnych
nienaładowanych cząsteczek przełamałaby mit
niereaktywności helu.
Publikacja “Metastable He–O bond inside a ferroelectric molecular cavity: (HeO)(LiF)2” ukaŜe się w Physical
Chemistry Chemical Physics w zeszycie tematycznym “Predicting New Molecules by Quantum Chemical Methods”
DOI:10.1039/C2CP42321A.