Печатная версия
Архив / Поиск

Archives
Archives
Archiv

О газете
Редакция
и контакты

Подписка на «НВС»
Прайс-лист
на объявления и рекламу

К 50-летию СО РАН
Фотогалерея
Приложения
Научные СМИ
Портал СО РАН

© «Наука в Сибири», 2018

Сайт разработан и поддерживается
Институтом вычислительных
технологий СО РАН

При перепечатке материалов
или использованиии
опубликованной
в «НВС» информации
ссылка на газету обязательна

Наука в Сибири Выходит с 4 июля 1961 г.
On-line версия: www.sbras.info | Новости
 
в оглавлениеN 6 (2442) 13 февраля 2004 г.

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МАГНЕТИЗМ И КАТАЛИЗ

Государственная премия Российской Федерации в области науки и техники за 2002 г. присуждена большому творческому коллективу, в составе которого единственный представитель Сибирского отделения — ведущий научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН, доктор химических наук Владимир Икорский, за работу «Полиядерные соединения: молекулярные магнетики и катализ».

Наш корреспондент Людмила Юдина побеседовала с Владимиром Николаевичем (он теперь ведущий научный сотрудник Международного томографического центра СО РАН, в ИНХе — совместитель) о достоинствах проведенных исследований.

— Работа, удостоенная столь высокой научной награды России, использует механизм такого явления, как молекулярный магнетизм. Как давно известно о его существовании? В чем здесь принцип?

Иллюстрация

— Предыстория наук о магнетизме начинается с открытия в Древнем Китае магнитных свойств железных руд. Собственно говоря, в те далекие времена китайцы изобрели магнитный компас — указатель направления на север. История же молекулярного магнетизма очень короткая — всего каких-нибудь 170 лет прошло со времени открытия резкого различия магнитных свойств кислорода и азота — основных компонентов нашей атмосферы. Первооткрывателем молекулярного магнетизма можно считать Майкла Фарадея, одного из величайших гениев науки 19 века. Чтобы было понятно неискушенному в этих проблемах читателю, определим молекулярный магнетизм, как физическое явление, характеризующее магнитные свойства молекул — микроскопических объектов. При объединении множества этих молекул в ансамбль — макрообъект, возможно возникновение качественно нового магнетизма за счет кооперативных межмолекулярных взаимодействий. Ниже определенных температур магнитные моменты отдельных молекул макрообъекта могут выстраиваться в определенный порядок. Такое вещество называется магнетиком. Главное, что следует иметь в виду, — отдельные молекулы выступают в качестве строительных блоков магнетика.

— Но как реально можно обнаружить магнитные свойства у молекул кислорода?

— Собственно говоря, величайшая заслуга М. Фарадея именно в создании метода измерения магнитных свойств, который так и называется — «метод Фарадея». Важно отметить, что он является одним из основных экспериментальных методов до настоящего времени. Идея этого метода состоит в том, что вес изучаемого материала может зависеть от приложенного магнитного поля. Если полюсам постоянного магнита придать конусообразную форму, то магнитные материалы будут сильно втягиваться в направлении вершины конуса, поскольку именно здесь магнитное поле максимально. Немагнитные материалы, так называемые диамагнетики, наоборот, выталкиваются из такого магнита. В результате можно очень точно определить, какие вещества и насколько сильно «втягиваются» или «выталкиваются» из магнита, и какова их магнитная восприимчивость. Как раз Фарадей и обнаружил, что кислород «втягивается» в магнитное поле, но намного слабее по сравнению с железом. Такие «слабые» магнетики называются «парамагнетиками». Азот же, наоборот, выталкивался из магнитного поля, и это его свойство было названо «диамагнетизмом».

— Кислород — важнейший фактор жизни на Земле, это ясно. Но насколько существенен тот факт, что кислород — парамагнетик, тогда как азот — диамагнетик? Играет ли это определяющую роль?

— Можно сказать — и да, и нет. Природа парамагнетизма кислорода выяснена только в 30-х годах XX века после открытия спинового парамагнетизма электронов. У азота электронные спины спарены, тогда как у кислорода — нет. Отсюда можно было бы предположить, что с этим фактом связаны окислительные свойства кислорода. Но у фтора (соседа кислорода по таблице Менделеева) все спины спарены, как и у азота, а химическая активность фтора выше, чем у кислорода.

— В чем суть работы, отмеченной Государственной премией?

— Прежде всего, хочу сказать, что работа представлена высококвалифицированным коллективом, объединяющим несколько научных школ, как химиков-синтетиков, так и физиков: академик В. Лунин, декан химфака МГУ; профессор, д.х.н. П. Чернавский, химфак МГУ; профессор, д.х.н. М. Варгафтик, зав.сектором Института общей и неорганической химии РАН; член-корр. РАН И. Еременко, зав. лабораторией ИОНХ РАН; академик И. Моисеев, зав. лабораторией ИОНХ РАН; член-корр. РАН В. Новоторцев, зам. директора ИОНХ РАН; профессор, д.х.н. Ю. Ракитин, главный научный сотрудник Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева, Кольский НЦ РАН. Сибирская часть работы выполнена в Институте неорганической химии в сотрудничестве с Международным томографическим центром СО РАН.

Теперь о главном. По сравнению с молекулами кислорода и азота, о которых я упоминал, современные полиядерные соединения намного сложнее как по своему составу, так и строению. Интерес к таким молекулярным системам связан не только с фундаментальными проблемами химии и магнетизма, но, главным образом, с прикладными вопросами — поиском новых материалов, в том числе магнитных на основе новой элементной базы. Отмечу, что кластерные, полиядерные соединения металлов являются также важным классом для гомогенного катализа. Как известно, для каталитических реакций существенны конфигурации орбит электронов и расщепления энергетических уровней иона катализатора в процессе каталитической реакции. Безусловно, всесторонние исследования магнитных свойств на уровне отдельных молекул или ограниченной совокупности молекул при варьировании окружающих лигандов вместе с квантовомеханическими расчетами дают ценную информацию для химиков-синтетиков и для тех, кто занимается проблемами катализа.

— Работа, хотя просматриваются и прикладные выходы, носит фундаментальный характер?

— Мы исследовали молекулярные соединения на основе полиядерных комплексов переходных металлов с органическими лигандами, включая органические стабильные радикалы. По данной проблеме получен огромный массив экспериментальных данных. Но в настоящее время этого недостаточно. Необходимо также развитие теории, объясняющей эти экспериментальные факты и основанной на современных методах квантовомеханических расчетов. Иначе говоря — объединение усилий как химиков-синтетиков, так и физиков. Созданная одним из авторов модель обменных каналов впервые позволила выявить природу вариации параметров магнитных взаимодействий в рядах изоструктурных соединений разных металлов и с высокой точностью предсказывать значения этих параметров, ввести магнетохимический критерий энергии связи металл-металл. На основе теоретико-группового анализа структуры энергетических уровней полиядерных молекул были созданы методы и модели, которые дают возможность получать простые — вплоть до аналитических — выражения для энергии магнитных уровней молекул с произвольным числом ионов металла. Обобщенная модель углового перекрывания с учетом мостиковых лигандов явилась теоретической основой для описания и предсказания электронного строения моно- и полиядерных комплексов, их магнитных, оптических и спектроскопических свойств.

— Каков вклад в работу Сибирской школы магнетохимии, которую, очевидно, вы и представляете?

— Первые не только в Сибири, но и в СССР гетероспиновые комплексы металлов с нитроксильными стабильными радикалами синтезированы в ИНХ СО РАН В. Овчаренко (ныне чл.-корр. РАН) в лаборатории профессора С. Ларионова. Здесь же были начаты и всесторонние исследования их магнитных свойств — вначале до азотных, а затем и до гелиевых температур. За двадцатилетний период исследований удалось обнаружить большое число новых, неизвестных ранее типов гетероспиновых систем, способных к кооперативному, в том числе и ферро-, ферримагнитному и др. упорядочениям, создать фундаментальные основы для целенаправленного конструирования высокоразмерных систем. Было обнаружено большое число магнитных явлений, характерных только для молекулярных магнетиков. Многие из созданного семейства необычных полиядерных комплексов были получены в виде монокристаллов, представляющих собой легкие, оптически прозрачные и устойчивые в обычных условиях диэлектрики. Впервые были всесторонне изучены эффекты анизотропии в молекулярных ферри- и ферромагнетиках. Наряду с экспериментальными исследованиями были разработаны теоретические основы для анализа магнитных свойств таких гетероспиновых соединений.

Хочется подчеркнуть, что в условиях недостаточного финансирования и обновления экспериментальной базы мы смогли удержаться на уровне зарубежных исследований в этой области и по некоторым позициям даже опередить коллег. Поэтому представляемая «сибирская часть» научных результатов всегда высоко оценивалась на различных российских и международных конференциях.

В последние годы существенная часть работ в этом направлении перенесена в МТЦ СО РАН (лаборатория чл.-корр. РАН В. Овчаренко), где в настоящее время создана современная экспериментальная база для продолжения и развития исследований.

Фото В. Новикова

стр. 6

в оглавление

Версия для печати  
(постоянный адрес статьи) 

http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?10+279+1