近日，燕山大學(xué)高壓科學(xué)中心田永君院士團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)外研究人員合作，理論預(yù)測(cè)了高壓下惰性氣體氦(He)和氟氣(F2)反應(yīng)，形成極性共價(jià)鍵He-F，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的He3F2化合物。研究成果發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》，并被選為封面文章。
在化學(xué)元素的世界里，氟以“宇宙最強(qiáng)電負(fù)性”著稱，而氦則是出了名的“化學(xué)宅男”，在常壓下拒絕與任何元素反應(yīng)。然而，燕山大學(xué)的研究人員卻讓這對(duì)“冰與火”的元素組合在極端條件下發(fā)生反應(yīng)，首次形成了真正的氦化學(xué)鍵，顛覆了傳統(tǒng)認(rèn)知。
研究人員通過(guò)理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在2TPa的極端高壓下，氟原子成功“撬開(kāi)”了氦的封閉電子殼層，形成由HeF2人字鏈狀結(jié)構(gòu)單元和孤立氦原子組成的He3F2化合物。
化學(xué)成鍵分析表明，He3F2中氦的1s電子作為化學(xué)鍵的組成部分，形成新奇的極性共價(jià)He-F鍵，即一個(gè)氦原子連接3個(gè)氟原子，而每個(gè)氟原子連接兩個(gè)氦原子，氦氟之間存在電荷轉(zhuǎn)移，通過(guò)這樣的連接方式，形成HeF2人字鏈狀結(jié)構(gòu)單元。分子軌道理論分析進(jìn)一步證明，He-F極性共價(jià)鍵源于高壓下氦的1s軌道與氟的2p軌道之間的強(qiáng)相互作用。通常，這種鍵合方式出現(xiàn)在諸如水等分子中，如今卻在兩個(gè)最不可能的元素之間實(shí)現(xiàn)了。
據(jù)介紹，該發(fā)現(xiàn)不僅刷新了氟化學(xué)的反應(yīng)邊界，而且揭示惰性元素在極端環(huán)境下蘊(yùn)藏的未知化學(xué)潛能，為探索極端條件下的新物質(zhì)、新反應(yīng)提供重要線索。
本項(xiàng)研究由燕山大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)和美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)合作完成，論文共同第一作者為燕山大學(xué)材料學(xué)院博士后侯晶鈺、理學(xué)院博士生王曉珺，通訊作者為燕山大學(xué)周向鋒教授和南開(kāi)大學(xué)董校教授。研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心和杰出青年基金等項(xiàng)目支持。
相關(guān)論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c06707
高壓下氦與氟之間的化學(xué)鍵合 燕山大學(xué)供圖
本文鏈接：http://m.enbeike.cn/news-8-6329-0.html燕大學(xué)者讓“最不可能”元素組合發(fā)生反應(yīng)
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