Ученые открыли новый тип колебательной химической реакции

Фото из открытых источников

Реакция, которая озадачивала ученых в течение 50 лет, теперь объяснена исследователями из Университета Умео (Швеция). Быстрые структурные снимки запечатлели, как графит превращается в оксид графита во время электрохимического окисления, выявив промежуточные структуры, которые появляются и исчезают с течением времени. Исследователи описывают это как новый тип колебательной реакции.

Колебательные химические реакции увлекательны для наблюдения и важны для развития понимания того, как работают сложные системы, как в химии, так и в природе. Классические визуальные примеры таких реакций показывают, как цвета раствора меняются туда и обратно, циклически проходя через различные состояния и производя конечный продукт после каждого цикла.

Недавно исследователи из Умео опубликовали исследование в научном журнале Angewandte Chemie , в котором сообщается о совершенно ином и новом типе колебательной реакции во время электрохимического окисления графита.

«Уже 50 лет известно, что некоторые колебания напряжения спонтанно возникают при подаче заряда на графитовый электрод, погруженный в раствор серной кислоты. Конечным продуктом этой реакции является оксид графита, материал, состоящий из слоев оксида графена. Однако то, что происходит со структурой материала во время реакции на каждом цикле колебаний, оставалось полной загадкой», — говорит профессор Александр Талызин из Университета Умео.

Благодаря новым синхротронным методам исследователи могут регистрировать рентгеновские дифракционные сканы за считанные секунды, предоставляя моментальные снимки изменений структуры материала в процессе окисления. Удивительно, но эксперименты выявили промежуточную фазу с определенной структурой, которая появляется в одной части цикла, исчезает на следующей стадии, а затем снова появляется, повторяя цикл.

«Вскоре мы поняли, что наблюдали новый — насколько нам известно — тип колебательной реакции. То, что начиналось как детальное изучение конкретной химической реакции, внезапно оказалось гораздо интереснее с точки зрения фундаментальной химии. Бартош Гурзеда, первый автор исследования, также записал прекрасное видео, демонстрирующее периодические изменения внешнего вида образца каждые несколько минут», — говорит Александр Талызин.

Реакции колебаний происходят внутри всех живых существ, но когда-то считались невозможными в неорганической химии. Это открытие расширяет наши знания о химической кинетике и механизмах реакций и может привести к разработке новых теорий и моделей в химии.

Первая теория, объясняющая колебательные реакции, принесла Илье Пригожину Нобелевскую премию в 1977 году и стала фундаментальной частью неравновесной термодинамики, показав, как из хаоса может возникнуть порядок.

«Мы надеемся, что будут разработаны новые теории, объясняющие этот новый тип колебательной реакции, что может привести к открытию новых подобных примеров», — резюмировал Александр Талызин.