Новое исследование под руководством Майкла П. Берка (Michael P. Burke), доцента кафедры машиностроения в Колумбийской школе инженерных и прикладных наук, выявило значимость нового класса химических реакций, который ученые назвали химически термальным. Этот класс уже был описан Сирилом Хиншельвудом (Cyril Hinshelwood) и Николаем Семеновым в их теории цепных реакций (за которую ученые получили Нобелевскую премию по химии в 1956 году), однако на протяжении десятилетий исследователи по всему миру считали эти реакции маловажными — если они и возникали, их никто не изучал.
До сих пор учитывались три класса реакций:
- Мономолекулярные реакции, в которых происходит химическое превращение одной молекулы.
- Бимолекулярные реакции, в которых происходит химическое превращение двух молекул.
- Тримолекулярные реакции, в которых происходит химическое превращение трех молекул.
Говоря точнее, в тримолекулярных реакциях два реагента сталкиваются с молекулярным комплексом, образованным между двумя реагентами и третьей молекулой, называемой тушащим газом, и потребляют часть внутренней кинетической энергии этой молекулы для ее стабилизации. Тушащий газ обычно считается инертной или нереактивной молекулой, которая не участвует в каком-либо разрыве или формирования связи, но вместо этого «убирает» некоторую энергию из другого молекулярного комплекса (у которого есть достаточная внутренняя кинетическая энергия для спонтанного разложения).
Если вместо этого молекулярный комплекс сталкивается с реактивной молекулой, то третья молекула может участвовать в процессе разрыва или формирования связи — Майкла П. Берк назвал это продуктом химически термальной реакции.
Берк со своей командой ученых продемонстрировали открытие на примере химической реакции, в которой три различные молекулы (например, H, O2 и H) участвует в разрыве и образовании химических связей. Реакция опосредуется недолговечным комплексом столкновений (HO2**), образованным в результате столкновений двух молекул (H и O2), которые затем реагируют на столкновение с третьей молекулой (H). Данные передовых вычислений показывают, что реакции этого класса, описанные в теории цепных реакций и считавшиеся несущественными, являются основными химическими путями.
Майкл П. Берк отметил:
«Потенциально могут быть другие бесчисленные реакции от этого нового класса, которые влияют на то, как мы моделируем химию газовой фазы, от разработки новых типов двигателей до планетарной химии, объясняющей облачные образования, изменения в климате, развитие загрязняющих веществ и даже химические реакции за пределами Земли. Наше исследование открывает совершенно новый мир возможностей».
Научная работа опубликована 14 августа 2017 года в журнале Nature Chemistry.
