Исследователи из Канады с помощью спектральных методов впервые смогли расшифровать строение кластеров, образуемых диоксидом углерода. Результаты исследования могут дать весьма полезную информацию о природе межмолекулярных взаимодействий.

Несмотря на важную роль, которую кластеры диоксида углерода играют в атмосферной химии или при образовании сверхкритических систем, уже применяющихся как растворители для промышленных процессов, спектральная идентификация и изучение строения кластеров из CO₂ до настоящего времени были ограничены изучением характеристик димера и тримера углекислого газа; кластеры с большей массой разлагались до проведения анализа.

Рис. 1. Изучение кластеров диоксида
углерода может дать новую информацию
о межмолекулярных взаимодействиях и об
особенностях перехода молекул из газовой
фазы в конденсированное состояние. (Рисунок
из Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 1297).

Роберту МакКеллару (Robert McKellar) и его группе из Университета Калгари с помощью ИК спектроскопии высокого разрешения удалось идентифицировать кластеры от (CO₂)₆ до (CO₂)₁₃.

Исследователи из Канады смогли провести квантовохимическое моделирование параметров ИК-спектров, после чего сравнение экспериментально зарегистрированных и теоретически предсказанных спектров позволило расшифровать строение изученных кластеров. МакКеллар отмечает, что полученные в его группе результаты могут дать новую информацию о межмолекулярных взаимодействиях и об особенностях перехода молекул из газовой фазы в конденсированное состояние.

Свойства конденсированной формы диоксида углерода определяются характером межмолекулярных связей, возникающими между молекулами CO₂. Таким образом, изучение кластеров, позволяющее изучать межмолекулярное непосредственно, может оказаться важным элементом для установления тонких свойств твердого углекислого газа.

Помимо теоретического предсказания свойств твердого углекислого газа, изучение взаимодействий, реализующихся в кластерах CO₂, может найти и практическое применение – поскольку сверхкритический углекислый газ используется в качестве «зеленого» , растворителя для многих реакций, исследование процессов, протекающих при образовании межмолекулярных взаимодействий между CO₂ и растворенным веществом, сможет послужить для оптимизации этих реакций.

В планах группы МакКеллара разработка методов для наблюдения и регистрации спектральных свойств кластеров большего, чем (CO₂)₁₃ размера.