Российские ученые доказали, что атомы в металлах отталкиваются, а не притягиваются

Сотрудники химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова выяснили, что для многих димеров металлов характерно отталкивающее взаимодействие между атомами. Ученые представили свою работу в журнале Chemistry — A European Journal.

Работа посвящена оценке границ существования явления металлофильности. Как утверждают авторы статьи, несмотря на отсутствие прямых экспериментальных данных или данных теоретических расчетов, в химии очень широко распространено представление о металлофильности, то есть о связывающем (стабилизирующем) взаимодействии между атомами переходных металлов в димерах и более высоких агрегатах молекул или комплексов, содержащих атомы этих металлов.

Наиболее известными являются представления об аурофильности (стабилизирующем взаимодействии атомов золота), аргентофильности (стабилизирующем взаимодействии атомов серебра) и купрофильности (стабилизирующем взаимодействии атомов меди), то есть об образовании связей между атомами так называемых монетных металлов. Поэтому в работе ученые в первую очередь рассчитывали и анализировали энергии парных взаимодействий металл — металл в гомоядерных димерах простейших (двухатомных) молекул именно золота, серебра и меди.

«Главный результат работы состоит в том, что во многих изученных димерах атомы металлов на самом деле испытывают не притягательное (связывающее), а отталкивательное взаимодействие, несмотря на то, что расстояние между этими атомами существенно меньше удвоенного ван-дер-ваальсового радиуса металла. Из полученных данных следует, что заряды на сближенных атомах металлов являются главными факторами, определяющими, будет ли взаимодействие между этими атомами стабилизирующим, то есть будет ли оно металлофильным», — прокомментировал Петр Демьянов, автор статьи, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник кафедры органической химии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.

«Другой важный вывод состоит в том, что до сих пор использовавшиеся в металлоорганической и координационной химии критерии существования металлофильности (расстояние между атомами металлов меньше удвоенного ван-дер-ваальсового радиуса этого металла, энергия образования димера, люминесцентные свойства) должны использоваться с большой осторожностью», — добавил Петр Демьянов.

Для решения поставленной задачи ученые провели релятивистские квантово-химические расчеты с использованием полноэлектронных базисных наборов для всех атомов.

«Научная ценность работы состоит в том, что на примере простейших двуядерных комплексов золота, серебра и меди впервые на высоком уровне теории рассчитаны энергии взаимодействия переходный металл — переходный металл. Только эти энергии совместно с рассчитанными энергиями деформации атомов металлов позволяют однозначно судить, проявляют ли атомы металлов металлофильность. Полученные результаты приводят к более правильному представлению о строении и свойствах металлоорганических и комплексных соединений, катализаторов и наноматериалов на их основе», — сказал ученый.

В будущем химики планируют провести изучение взаимодействий металл – металл в димерах и других агрегатах, более сложных, в том числе экспериментально изученных молекулярных систем, включающих атомы золота, серебра, меди и некоторых других переходных металлов. Ожидается, что полученные данные обогатят представления о взаимодействии атомов металлов друг с другом и влиянии этих взаимодействий на строение и свойства металлоорганических соединений и катализаторов.