Scheikundigen zijn erin geslaagd om een covalente binding te maken die slechts één elektron gebruikt. Dit type chemische binding is voor het eerst voorspeld in de jaren dertig.
Het gebeurt niet vaak dat scheikundigen een nieuw soort chemische binding maken, maar het is ze nu gelukt. Bijna een eeuw nadat het idee voor het eerst werd voorgesteld, hebben ze een covalente binding tot stand gebracht die slechts één elektron gebruikt.
Scheikundige Takuya Shimajiri van de Universiteit van Tokio en zijn collega’s testen al jaren de grenzen van chemische bindingen. Eerder experimenteerden ze met ongewoon lange en flexibele bindingen, en nu hebben ze een idee uitgevoerd dat in 1931 is voorgesteld door chemicus Linus Pauling: een chemische binding gevormd door slechts één elektron.
Doet-ie ’t of doet-ie ’t niet?
De meeste grote keuzes in het leven zijn een gok. Gelukkig kan wetenschap helpen om beter onderbouwde besluiten te nemen.
Koolwaterstof
Covalente bindingen ontstaan wanneer atomen zich met elkaar verbinden door elektronen te delen. Alle bekende covalente bindingen bevatten twee, vier, zes of acht elektronen. Pauling stelde voor dat een covalente binding kan bestaan waarbij slechts één elektron wordt gedeeld tussen twee atomen.
Om dit te voor elkaar te krijgen, gebruikten de onderzoekers een chemische reactie waarbij een elektron verwijderd wordt uit een bestaande covalente binding met twee elektronen tussen twee koolstofatomen. Ze gebruikten daarvoor een groot koolwaterstofmolecuul, met uitzonderlijk lange bindingen tussen de koolstofatomen. Dat betekent dat het veel energie zou kosten om het verwijderde elektron te vervangen door een elektron elders in het molecuul.
Shimajiri zegt dat eerdere experimenten waarbij zo’n elektron is verwijderd, zwakke bindingen achterlieten, die al snel weer braken. Maar het molecuul van zijn team bleef stabiel genoeg om het te kunnen analyseren met röntgenstraling en verschillende soorten licht. Op basis van de reflectie of absorptie van deze straling stelden ze vast dat er een stabiele één-elektronenbinding was. Ze hebben hun werk beschreven in het wetenschappelijk tijdschrift Nature.
Belangrijke ontdekking
‘Het gebeurt niet vaak dat je een molecuul vindt met een nieuw type binding’, zegt scheikundige Henry Rzepa van het Imperial College in Londen. Hij zegt dat het molecuul in totaal 278 elektronen had. Het was dus een huzarenstukje om het juiste elektron te verwijderen en tegelijkertijd te voorkomen dat alle andere er direct voor in de plaats kwamen. Rzepa zegt dat dit een ‘belangrijke ontdekking’ is, waarmee scheikundigen een manier krijgen om hele nieuwe families van moleculen te creëren.
Scheikundigen kunnen nu bestuderen hoe covalente bindingen met één elektron chemische reacties kunnen veranderen, zegt Shimajiri. Maar hij en zijn collega’s hebben ook fundamentele vragen. ‘We willen beter begrijpen wat een covalente binding is: wanneer is een binding covalent, en wanneer niet? Ons doel is om een breed scala aan bindingen te onderzoeken die nog ontdekt moeten worden’, zegt hij.
