Уран и углерод сформировали тройную связь. Исследователи смогли создать и проанализировать соединение, которое ранее удавалось наблюдать только в экстремальных условиях.
Химики совершили то, что долгое время оставалось почти недостижимым: создали соединение урана, где атом металла связан с атомом углерода необычной тройной связью. При этом вещество удалось не только зафиксировать в один момент, но и выделить в устойчивом виде для детального изучения.
Исследование международной команды ученых из Великобритании и Германии было опубликовано в журнале Nature Chemistry.
Уран вступил в тройной контакт
Речь идет о карбине Фишера — специфическом типе соединений, где между металлом и углеродом образуется тройная связь. Для переходных металлов (d-элементы 4-6 периодов) такая химия известна давно, тогда как с тяжелым ураном все гораздо сложнее.
Ранее аналогичные соединения урана удавалось наблюдать только при очень специфических условиях: например, при крайне низких температурах или внутри специализированных углеродных «клеток» — фуллеренов. Теперь же химики получили соединение, которое можно выделить в кристаллической форме и исследовать стандартными методами современной химии.
Для синтеза ученые использовали прекурсор, содержащий уран, азот и кремний, а также недавно разработанный реагент, способный переносить отдельный атом углерода. Полученное вещество было проверено несколькими методами: с помощью рентгеновской дифракции на монокристалле, спектроскопии, магнитных измерений и компьютерных расчетов.
И вот началась самая увлекательная часть. Расстояние между атомами урана и углерода составило 2,379 ангстрема. Оно не выглядит типичным для кратной связи (1-1,5 A). Однако квантово-кристаллографический анализ подтвердил, что между атомами действительно существует необычное тройное взаимодействие.
Электроны ведут себя не совсем так, как можно было бы ожидать. Углерод передает урану два электрона, а уран, в свою очередь, возвращает электроны углероду. Обратное взаимодействие формируется двумя взаимно перпендикулярными связями, каждая из которых использует по одному электрону.
Получившееся соединение оказалось химически сравнительно пассивным. Более того, при химическом восстановлении характер связи менялся, что дало исследователям дополнительное подтверждение распределения электронов в молекуле.
Зачем ученым вообще понадобился «тройной» уран
Пока исследователи не обещают практического применения вроде нового топлива или материала для реакторов. Основная ценность открытия заключается в фундаментальной химии.
Ученые получили новый пример того, как тяжелый актиноид уран способен взаимодействовать с углеродом. Это позволяет сопоставлять его химическое поведение с более привычными переходными металлами и лучше понимать особенности f-элементов (7-й период таблицы Менделеева).
Существует и более практическая сторона: новый метод с переносом атома углерода потенциально открывает возможности для синтеза соединений урана, которые ранее считались практически недоступными для глубокого изучения.
Интересно, что уран в последние годы появляется в исследованиях не только как химический «тяжеловес». Например, на Hi-Tech Mail обсуждалось, как уран проникает в подземные воды, используемые для питья.
Фото: hi-tech.mail.ru