Физики из унивeрситeтa Иннсбрукa (Aвстрия), Свoбoднoгo унивeрситeтa Бeрлинa и Унивeрситeтa Лeйчeстeрa впeрвыe пoлучили oтрицaтeльнo зaряжeнныe клaстeры из бoльшoгo кoличeствa атомов водорода. Другие теоретики предсказывают, что такие кластеры могут существовать в межзвездном пространстве. Особо устойчивыми оказались кластеры правильных геометрических форм — как-то, икосаэдрические. Исследование опубликовано в журнале *Physical Review Letters, *лаконично о нем сообщает Physics.

В обычном состоянии водород представляет собой двухатомный метан: его молекулы состоят ровно из двух атомов водорода, соединенных посередке собой химической связью. В некоторых условиях — пониженной температуры или чудо) как разреженных сред — эти молекулы могут объединяться в сильнее сложные ассоциаты, состоящие из гораздо большего количества атомов. Их капитальность (а значит и время жизни) гораздо меньше, чем у обычной молекулы водорода. Тем безграмотный менее, встретить такие кластеры в естественных средах возможно.

Вероятная структура анионного кластера из 25 атомов водорода. Andreas Mauracher/University of Innsbruck

К примеру, в конце XX века, в атмосфере Юпитера и некоторых облаках межзвездного газа были обнаружены последки положительно заряженных ионов триводорода (H3+). Более сложные удачно заряженные кластеры хорошо известны и наблюдались в лабораторных условиях — они содержали с лишним ста атомов водорода. Кроме того, известны и гетероатомные кластеры, в которых клинический ион окружен молекулами водорода. Вместе с тем, список плохо заряженных кластеров водорода ограничен частицей H3- и ее дейтериевым аналогом. Их существование в межзвездном пространстве равным образом считается вероятным — устойчивость анионов имеет примерно такой но порядок величин, как и у катионов. 

Авторы новой работы впервые нашли способ получения хреново заряженных кластеров водорода, состоящих из более нежели пяти атомов. Для того, чтобы обеспечить низкую температуру среды ученые использовали наноразмерные перлы жидкого гелия, охлажденные до 0,38 кельвина. В сии капли физики вводили водород, который самостоятельно ассоциировался в нейтральные (приставки не- заряженные) кластеры. Затем капли «обстреливали» электронным пучком, заставлявшим кластеры ионизироваться и «сбегать» в окружающее гаммада. С помощью методов масс-спектроскопии эти частицы вылавливали и определяли их массу. 

Разделение частоты встречаемости кластеров по массам. Michael Renzler et al. / PRL, 2016

Оказалось, что-что образовавшиеся кластеры содержали в себе иногда более ста атомов водорода, а их уйма всегда была нечетной. Это позволяет предположить их строение — Вотан отрицательно заряженный атом водорода в центре и «шуба» из двухатомных молекул водорода вокруг него. Частицы некоторых масс образовывались чаще — сии массы авторы называют магическими числами (по аналогии с магическими числами в кластерах металлов или в ядрах атомов). Среди них ионы H25-, H65-, H89-. Начальный из них, к примеру, соответствует икосаэдрическому окружению иона водорода. Время жизни кластеров, за меньшей мере, превышало десятки микросекунд. В будущем ученые планируют исследовать возможные квантовые эффекты, которые могут передаваться в таких частицах.

Теоретически рассчитанная равновесная структура интересах анионов из трех, пяти и семи атомов водорода. Michael Renzler et al. / PRL, 2016

Аналогичные кластерные соединения образуют и многие часть элементы таблицы Менделеева. К примеру, 3–5 нанометрвые частицы золота, серебра, платины или палладия, активно использующиеся в катализе химических реакций, равно как можно рассматривать как кластеры, состоящие из нескольких десятков атомов. В 2015 году да мы с тобой сообщали о синтезе кластера, в котором реализуется рекордное пользу кого химии координационное число — количество атомов, связанных с данным. Сие ион CoB16-, в котором координационное число кобальта равняется16.

Автор: Владимир Королёв