加拿大科学家已经成功地引发了一系列的反应,在这些反应中,氟原子在连接在铜表面的分子之间传递。这个序列可以在交替的方向上重复,模仿牛顿摇篮的来回运动。

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资料来源:©John C Polanyi/多伦多大学

第一个CF的电子诱导解离3.产生一个F转移,接着是两个连续的F原子撞击,形成F '和F "

由诺贝尔奖得主领导的多伦多大学研究小组约翰·波拉尼,通过化学吸附将氟碳化合物固定在Cu(110)表面,构建CF链3.分子被CF终止2分子-总共有四个分子。表面的脊线保证了分子排成一行,每个CF上都有一个C-F键3.沿着这一行指向终端CF2

研究人员在最前面的CF上施加了一个电子脉冲3.分子,使它沿着碳链吐出一个氟原子。第二个CF3.吸收了这个原子,但发现自己不稳定,就把它前面的氟原子射到了第三个分子上。这反过来又传递了一个氟原子,它被CF吸收了2分子在第四位置。

最终结果,如扫描隧道显微镜观察,是一个CF2现在是在链条的开头,而不是末端。还有什么,每一个CF3.在这个过程中被翻转了,所以牛顿的摇篮作为一个整体是它开始的镜像,给了它反向摆动的可能性。不像书桌上的牛顿的摇篮,它不会自己摆动回去,但另一个电子脉冲可以用来引爆它。事实上,研究人员成功地重复了这一过程六次。

“f原子可能会继续摆动,但我们停止了观察,因为我们觉得我们已经表明了我们的观点,”波兰尼说。

“摇篮”举例说明了该小组在早期工作中观察到的一个令人惊讶的现象:当每个氟原子被喷射时,系统会记住前一个原子来自的方向。这违背了传统观点,即这些信息应该在过渡期间丢失。

“这种反应性过渡态线性动量守恒与反应速率过渡态理论中通常假设的随机化形成鲜明对比,”Polanyi说。

卡琳娜Morgenstern德国波鸿鲁尔大学(Ruhr University-Bochum)的一位物理化学家也发现这种行为很有趣。她说:“你可以以某种方式激发一侧的分子,然后这种激发传递到这个链上,我认为这是非常令人惊讶或印象深刻的,因为我本以为能量会很容易消散。”我认为他们不理解或解释这背后的整个过程。我认为这个问题还不完全清楚,所以还有一些悬而未决的问题,但这很好,这是科学。

“看来过渡状态理论的适用性是有限的,”Polanyi补充道。将来,如果能更精确地理解这些限制,那就太好了。通俗地说,这个问题是"跃迁态能记住进攻的原子或原子团来自哪里多长时间? "我想,有趣的是,不同的反应会有不同的答案。”