Kiehtovaa kemiaa tietokoneella

Näin tehtiin HArF

Jalokaasuista kryptonin, ksenonin ja radonin todettiin jo aikaisessa vaiheessa muodostavan kemiallisia sidoksia muiden alkuaineiden kanssa. Argon piti puoliaan kemistien lähentelyille paljon kauemmin. Kuitenkin sopivissa olosuhteissa argon voidaan saada narrattua reagoimaan, etenkin kun molekyylimallinnuksen avulla on ennustettu, että HArF-molekyyli on olemassa ja se on tarpeeksi pysyvä, jotta se voidaan kokeellisesti tehdä.

Joulukuussa 1999, joulun jo kolkutellessa ovelle, Helsingin yliopston kemian laitoksen kiinteän tilan spektroskopian tutkimusryhmässä tehtiin kokeita HF-molekyylillä kiinteässä argonkiteessä. Tutkimusryhmä käytti ns. matriisi-isolaatiotekniikkaa, joka on kokeellinen tutkimusmenetelmä, jossa tutkittava näyte (molekyyli) laimennetaan suureen ylimäärään reagoimatonta kaasua. Kaasuseos jäädytetään ohueksi kalvoksi, ns. matriisiksi, kylmälle pinnalle (n. -265 astetta Celsiusta), jossa molekyyliä voidaan tutkia esim. infrapunaspektroskopian avulla. Alhaisissa lämpötiloissa atomien ja molekyylien liike on pientä ja tutkittava molekyyli on eristetty muista molekyyleistä.

Tutkimusryhmän laboratoriossa kylmään HF/Ar -kiteeseen suunnattiin ultraviolettivaloa, jonka energia riitti katkaisemaan vedyn (H) ja fluorin (F) sidoksen. Tämän jälkeen kylmää näytettä lämmitettiin noin -245 asteeseen Celsiusta, jolloin säteilytyksessä muodostuneet vety- ja fluoriatomit lähtevät liikkeelle. Näiden atomien löytäessä uudestaan toisensa ne aktivoivat myös yhden läheisen argon-naapurinsa mukaan kemialliseen yhdisteeseen: yksittäinen argonatomi jää jumiin vety- ja fluoriatomien väliin muodostaen HArF-molekyylin.

HArF voitiin tunnistaa molekyylin infrapunaspektrissä näkyvien perusvärähdysten avulla, jotka olivat lähes identtisiä laskennallisesti ennustettujen perusvärähdysten kanssa. Maailman ensimmäinen neutraali argonyhdiste oli valmistettu ja tunnistettu.

Argonin kemiallisen valjastamisen jälkeen jaksollisessa järjestelmässä on vielä kaksi alkuainetta, helium ja neon, joille ei tunneta kemiallisia yhdisteitä. Laskentamenetelmät kuitenkin ennustavat mm. HHeF-molekyylin olevan olemassa, vaikkakin sen arvioitu elinaika on kovin lyhyt, vain 120 ps. Voisikohan siitä kuitenkin tulla seuraava jalokaasukemian virstanpylväs?

Seuraava sivu >>