Команда исследователей Томского политехнического университета под руководством профессора Олега Уленекова сделала значительный шаг вперед в изучении поведения метиленхлорида — химического соединения, играющего важную роль как в нефтепереработке, так и в климатических процессах. Благодаря новой математической модели, ученые смогли в сотни раз повысить точность прогноза свойств этой молекулы, что открывает перспективы для развития технологий и улучшения экологического мониторинга атмосферы.
Важность метиленхлорида в промышленности и экологии
Метиленхлорид (12CH235Cl2), или дихлорметан, — вещество, без которого не обходится современная нефтехимия, а также экологические исследования. Эта молекула влияет на процессы глобального потепления и разрушения озонового слоя, подтверждая свою роль в ряде ключевых атмосферных реакций. До недавнего времени существовало множество пробелов в данных о спектральных характеристиках метиленхлорида, особенно в возбужденных состояниях вещества. Это значительно ограничивало точность построения моделей предсказания его поведения в различных средах.
Новое слово в моделировании: математический подход к изотопам
Исследователи из Томского политеха создали качественно улучшенную математическую модель, охватывающую поведение различных изотопических форм метиленхлорида с атомами хлора 35Cl и 37Cl. Особое внимание уделялось изучению возбужденных колебательных состояний — когда молекула приобретает дополнительную внутреннюю энергию. Диапазон работы охватывал субмиллиметровое излучение частотой от 0,75 до 1,1 ГГц, что позволило получить уникальные данные о спектре вещества.
Профессор Олег Уленеков отмечает, что метиленхлорид характеризуется десятками сложных колебательных состояний, каждое из которых в спектральном анализе отображается множеством линий. Более того, каждая изотопологическая модификация обладает особыми спектроскопическими особенностями. Именно детальное изучение этих нюансов дало возможность пересмотреть и углубить представление о поведении молекулы в различных физических условиях. «Казалось бы, схожие по свойствам, эти изотопы существенно отличаются в спектроскопическом плане, что превращает их анализ в захватывающую задачу, важную как для науки, так и для технологических приложений — от астрофизики до промышленности», — подчеркивает профессор.
Уникальные результаты и вклад в мировую науку
В ходе работы был использован усовершенствованный гамильтониан Уотсона, применяемый для молекул-асимметричных волчков, а также современные программные пакеты для обработки экспериментальных данных. Это дало возможность томским ученым изучить более 10 500 спектральных линий и более 40 000 переходов метиленхлорида в высокоэнергетических состояниях. Особое внимание уделялось сверхтонкой структуре, обусловленной квадруполь-вращательным взаимодействием между ядерными уровнями изотопов хлора.
Результаты говорят сами за себя: стандартное отклонение между экспериментально полученными значениями и расчетными данными по новой модели составило всего 21–26 килогерц. Это в 200–400 раз точнее, чем ранее представленные в мировой научной литературе данные, что вывело отечественную спектроскопию на новый уровень и продемонстрировало конкурентоспособность российских исследований в глобальном научном сообществе.
Государственная поддержка и значение научного успеха для России
Успех коллектива Томского политеха стал возможен благодаря поддержке Минобрнауки России и реализации федеральной программы «Приоритет-2030» в рамках национального проекта «Молодежь и дети». Такой подход позволил не только расширить внутренние возможности в фундаментальных и прикладных исследованиях, но и вывести их результаты на мировую арену, где они признаны на высоком уровне.
Дальнейшие перспективы и влияние на будущее
Прорыв, осуществленный под руководством Олега Уленекова, принесет пользу в самых разных сферах — от совершенствования аналитических методов в нефтехимии и охране окружающей среды до развития космических исследований, где необходимы точные модели молекулярных процессов в межзвездной среде.
Новая модель поведения молекул метиленхлорида открывает дополнительные возможности для токсикологического мониторинга воздуха, усовершенствования промышленных процессов и создания технологий защиты окружающей среды. Российская наука уверенно демонстрирует способность преодолевать самые сложные вызовы и предлагать решения мирового масштаба, способствуя технологическому суверенитету страны и поддерживая высокий уровень подготовки кадров для отрасли.
Источник: naked-science.ru
