Модули Ван-дер-Ваальса

Попробуем воспользоваться теорией модулей для решения химической задачи. Хороший пример был опубликован в ноябрьском номере «Химии и жизни» за прошлый год, когда мы рассказывали о расчете американских ученых, в результате которого оказалось, что кластер золота при участии воды способен проводить окисление угарного газа. Эта задача тем интереснее, что ход подобной реакции фактически определяют силы Ван-дер-Ваальса. А именно химия с участием таких взаимодействий отнесена академиком А.Л. Бучаченко к числу главных направлений развития науки в XXI веке.

Действующие лица

Всех участников реакции — молекулы воды, кислорода, угарного газа и кластер золота можно представить в виде модульных сетей, причем у каждой из них есть два типа связей, а именно валентные, действующие внутри, и расположенные на границе сети силы Ван-дер-Ваальса, связанные с неравномерным распределением электронной плотности. Первые обозначены пустыми треугольниками, а вторые — треугольниками со значками «+» и «–» в зависимости от знака дополнительного заряда. У атомов молекулы кислорода никакого дополнительного заряда нет, поэтому связь оказывается пустой, что обозначено значком «.». Связки между внешними связями разных сетей замкнутся при условии их противоположных знаков. Именно такая связка возникает между кластером и кислородом, входящим в молекулу воды.

Кислород образует связку с водородом

Молекула кислорода тоже может адсорбироваться на кластере, зацепившись за связь на его поверхности одним из своих атомов. И тогда на втором атоме кислорода возникнет дополнительный заряд. В случае с кластером золота этот заряд будет отрицательным. Оказавшись рядом, положительно заряженный водород и отрицательно заряженный кислород создадут свою связку, ослабив таким образом молекулу кислорода. В соответствии со сценарием, если в этот момент рядом окажется еще и молекула СО, такой кислород перейдет к ней. Остается только рассчитать условие разрыва связей между атомами кислорода в его молекуле и соединения освободившихся связей с углеродом, и модель, которая демонстрирует динамику процесса, готова!

Молекула CO забирает кислород