Физики из университета Иннсбрука (Австрия), Свободного университета Берлина и Университета Лейчестера впервые получили отрицательно заряженные кластеры из большого количества атомов водорода. Некоторые теоретики предсказывают, что такие кластеры могут существовать в межзвездном пространстве. Наиболее устойчивыми оказались кластеры правильных геометрических форм — например, икосаэдрические. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко о нем сообщает Physics.
В обычном состоянии водород представляет собой двухатомный газ: его молекулы состоят ровно из двух атомов водорода, соединенных между собой химической связью. В некоторых условиях — пониженной температуры или очень разреженных сред — эти молекулы могут объединяться в более сложные ассоциаты, состоящие из гораздо большего количества атомов. Их устойчивость (а значит и время жизни) гораздо меньше, чем у обычной молекулы водорода. Тем не менее, встретить такие кластеры в естественных средах возможно.
К примеру, в конце XX века, в атмосфере Юпитера и некоторых облаках межзвездного газа были обнаружены следы положительно заряженных ионов триводорода (H3+). Более сложные положительно заряженные кластеры хорошо известны и наблюдались в лабораторных условиях — они содержали свыше ста атомов водорода. Кроме того, известны и гетероатомные кластеры, в которых тяжелый ион окружен молекулами водорода. Вместе с тем, список отрицательно заряженных кластеров водорода ограничен частицей H3- и ее дейтериевым аналогом. Их существование в межзвездном пространстве также считается вероятным — устойчивость анионов имеет примерно такой же порядок величин, как и у катионов.
Аналогичные кластерные соединения образуют и многие другие элементы таблицы Менделеева. К примеру, 3-5 нанометрвые частицы золота, серебра, платины или палладия, активно использующиеся в катализе химических реакций, также можно рассматривать как кластеры, состоящие из нескольких десятков атомов. В 2015 году мы сообщали о синтезе кластера, в котором реализуется рекордное для химии координационное число — количество атомов, связанных с данным. Это ион CoB16-, в котором координационное число кобальта равно 16.
Владимир Королёв
