科学家们通过校准仪器成功地描述了一种不同寻常的惰性气体。通过量子化学计算和旋转光谱,他们揭示了非共价氙⋯羰基硫化物复合物(Xe⋯OCS)的结构,并为这种罕见的气体相互作用建立了基准质量参考。

来自德国汉诺威莱布尼茨大学的研究人员在校准微波光谱仪时,首次注意到光谱中的Xe⋯OCS复合物。他们认为他们在测量OCS的光谱;但很快就发现,那瓶OCS混入了氙气。这种复合物没有化学键,而是通过弱的非共价相互作用结合在一起,这使得预测其结构变得困难。

“计算化学通常会给出没有任何振动影响的平衡位置,而实验几乎总是会给出振动平均的结构,”解释说彼得克劳斯他从事这项研究的计算元素。“我们幸运地发现了氙,因为它有很多同位素。你可以使用实验数据来反向修正这种能量差,并直接比较结构。”

图为正在维修的眼镜蛇微波光谱仪

来源:©Jens-Uwe Grabow

这一切都始于眼镜蛇微波光谱仪的维护

“一旦你有了结构,你就可以预测光谱,然后你的结构越准确,你的预测就越接近实际光谱,这节省了大量的仪器时间,”克劳斯说。为了确保他们得到了尽可能精确的结构,科学家们在计算中考虑了相对论效应。

“这项工作强调了可靠的实验数据对理论量子化学计算的正确基准的必要性,”评论道索尼娅Melandri他在意大利博洛尼亚大学(University of Bologna)用光谱学和理论方法研究分子和弱结合复合物的结构。“通过将从微波光谱实验和广泛的量子化学计算中获得的精确结构确定结合起来,可以严格评估控制Xe⋯OCS络合物形成的驱动力。”

显示Xe⋯OCS复合物平衡结构的图像

来源:©Peter Kraus/汉诺威莱布尼茨大学

这显示了完全实验性的(r(2)),半实验(reSE)和完全理论的(reMP2 +δ(T)) Xe⋯OCS配合物的平衡结构。共价键用灰线表示。氙原子通过与OCS分子的非共价相互作用而固定在原地。reSE和r(2)结构差异最大,而reMP2 +δ(T)结构位于其他两者之间

“显然,分子间的相互作用非常重要,但从简单的系统中还有很多东西要学,”他补充道海伦梁他在美国马萨诸塞州阿默斯特学院通过旋转光谱研究非化学键分子之间的相互作用。“虽然没有什么可以代替一个系统的完整的实验特征,但有时这是不可行的。这项研究很好地说明了实验和理论是如何相互补充,共同促进我们对化学系统的理解的。”

通过将这一最新发现与现有的非共价复合物结构预测相结合,Kraus希望创建一个有价值的参考数据数据库,可以训练新的泛函(描述系统电子密度的数学表达式),并帮助科学家理解具有类似相互作用的系统。