化学有很多定律,其中之一是反应速率随着温度升高而加快。因此,在 1989 年,当在温哥华的核加速器中进行实验的化学家观察到溴和镅子(氢同位素)之间的反应在温度升高时减慢时,他们感到困惑。
不列颠哥伦比亚大学的化学家唐纳德·弗莱明参与了这项实验,他认为,当溴和镅子混合在一起时,它们可能会形成一种中间结构,这种结构通过“振动”键结合在一起——其他化学家在本世纪初提出了这种键作为一种理论可能性。在这种情况下,轻质镅子原子会在两个重溴原子之间快速移动,“就像乒乓球在两个保龄球之间弹跳一样,”弗莱明说。振荡的原子会短暂地将两个溴原子结合在一起,并降低反应的整体能量,从而降低反应速度。(如果弗莱明从事债券工作,你可以说原子相互作用是被摇晃的,而不是被搅拌的。)
在实验时,没有必要的设备来足够仔细地检查毫秒级的反应,以确定这种振动键是否存在。然而,在过去的 25 年里,化学家追踪反应中能量水平细微变化的能力大大提高,因此弗莱明和他的同事在三年前在英国卢瑟福·阿普尔顿实验室的核加速器中再次进行了他们的反应。根据来自实验和柏林自由大学和日本埼玉大学的合作理论化学家的工作的计算,他们得出结论,镅子和溴确实形成了一种新型的临时键。它的振动性质降低了中间溴-镅子结构的整体能量——从而解释了为什么即使温度升高,反应速度也会减慢。
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该团队于去年 12 月在德国化学学会出版物《应用化学国际版》上报告了他们的结果。这项工作证实,振动键——即使它们可能是短暂的——也应该添加到已知的化学键列表中。尽管溴-镅子反应是验证振动键的“理想”系统,但弗莱明预测这种现象也发生在重原子和轻原子之间的其他反应中。