理论证据表明卤化物阴离子间的正电子共价键是能量稳定的

正电子键的图像

来源:©Andrés雷耶斯/哥伦比亚国立大学

科学家们发现了一系列由正电子共价键结合的电子稳定分子。1通过计算,他们证明了一个正电子可以将两个卤化物阴离子结合在一起。

我们在自然界中观察到的分子是由物质组成的,通常由共享电子的原子形成的共价键连接在一起。现在,由Andres雷耶斯哥伦比亚国立大学的一项研究表明,从两个卤化物阴离子中形成稳定的同核和异核分子应该是可能的(F- - - - - -, Cl- - - - - -、溴- - - - - -)通过使用一个正电子将它们结合在一起。正电子(e+)是电子的反物质等价物;它们具有相同的质量但相反的电荷,并在碰撞时湮灭,不再存在并释放能量。正电子共价键的概念很简单;它相当于电子半键,但用的是正电子而不是电子。雷耶斯解释说:“我们可以把原子结合起来形成分子,但这次使它们结合在一起的化学键不是由电子组成的,而是由正电子组成的。”

这种新型物种是由反物质键结合在一起的物质组成的,它建立在科学家们最近对更简单的氢化物等价物e的研究基础上+[H- - - - - -H- - - - - -]。2并不是所有的阴离子对都能形成稳定的正电子键,也不清楚是什么决定了它们是否会形成稳定的正电子键。然而,科学家们已经发现了二卤化物体系稳定的证据。通过模拟计算被正电子束缚的分子种类的能量,以及导致分子分裂的潜在反应通道的能量,研究人员表明,在能量上更有利于正电子键保持完整。

“已经有关于正电子和两个氢化物阴离子之间化学键的研究,但目前的研究更多的是化学的,因为它现在可以比较不同的正电子键,”评论道Gernot frenk他是德国马尔堡菲利普斯大学的理论化学家。“这是令人兴奋和振奋的,因为它扩展了我们对两个粒子之间共价键的认识,超越了经典的化学键。”

科学家们将这些物种与具有规则电子键的物种进行了比较,并表明同源和异核键和性质类似于碱金属阳离子之间的单电子键。雷耶斯说:“这是常规的化学反应,只不过是正电子。”“如果你看它们的轨道,它们看起来完全一样;这就是为什么我们对此如此兴奋。”

(a) e+[F-F -]和(c) e+[F-Cl -]单占据正电子轨道的二维投影图

来源:©Andrés雷耶斯/哥伦比亚国立大学

(a) e的单占据正电子轨道的二维投影+[F- - - - - -F- - - - - -和(c) e+[F- - - - - -Cl- - - - - -],与(b) e的单占据电子轨道有相似之处- - - - - -(Na+Na+(d) e- - - - - -(Na+K+

计算表明,这些系统在理论上是稳定的,尽管它们只会存在到正电子湮灭为止,雷耶斯希望实验化学家能够找到它们。雷耶斯说:“我们邀请人们做实验来观察这种奇异的物质-反物质物种。”

“证明正电子二卤化物是稳定的显然是令人震惊的,然而,我们真的能在这些正电子结合的双阴离子系统中讨论共价键吗?””问卡洛•加蒂他在意大利米兰的分子科学与技术研究所(Institute of Molecular Science and Technologies)研究使用理论建模的化学键。

“尽管正电子聚集在核间区域,但事实证明,成键是由静电作用而不是交换作用主导的。当研究一个至少有两个正电子的系统时,我们才会真正全面地讨论共价性,在这个系统中,大量的正电子对最终应该会发生,”加蒂补充道。这是研究人员正在努力实现的目标;识别系统由两个正电子结合,反物质相当于一个普通的电子单键。