Ученые из Гарвардского университета впервые проследили за самой медленной химической реакцией на всем ее протяжении. Речь идет о взаимодействии атомов щелочных металлов друг с другом при температуре, близкой к абсолютному нулю (-273,15 °C), говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
Обычные химические реакции протекают быстро — взаимодействия между самыми простыми молекулами длятся до нескольких фемтосекунд. Такие реакции химики изучают с помощью сверхбыстрых лазеров и ускорителей частиц, однако пока ученым не удается зафиксировать переходные состояния молекул и кратковременные изменения, которые происходят с ними во время взаимодействия.
Ученым почти случайно удалось решить эту проблему, когда они наблюдали взаимодействие молекул в, напротив, самой медленной химической реакции.
Исследователи построили ловушку, она позволяет получать химические соединения, которые остаются стабильными при сверхнизких температурах (всего на 0,0000005 °C выше абсолютного нуля), но распадаются при комнатной температуре. Затем ученые исследовали работоспособность устройства на атомах щелочных металлов — рубидия и калия.
Внутри ловушки ученые столкнули атомы металлов — в результате эксперимента сначала образовалась структура из четырех атомов, а затем в ходе многоступенчатого процесса она распалась на чистый калий и рубидий. Таким образом, исследователям удалось наблюдать ранее не фиксируемую стадию химического взаимодействия.
Обычно, когда мы проводим химические реакции, то видим следующее — у нас есть некие исходные вещества, которые мгновенно исчезают, а их место занимают продукты реакции. До проведения наших опытов мы просто не могли проследить за тем, что происходит во время этих взаимодействий между атомами.
Канкуэн Ни, ведущий автор исследования
Ранее исследователи из Университета Райса разработали неорганический метод синтеза аммиака, который является экологически чистым и позволяет получить химическое вещество практически в любых условиях. Их способ пока не может производить аммиак в промышленных масштабах, однако ученые планируют увеличить масштабы своих экспериментов.