Waterstofbruggen vanuit kwantumchemisch perspectief

16-10-2019

15.45

Aula

The Nature of Hydrogen Bonds

S.C.C. van der Lubbe

prof.dr. C. Fonseca Guerra, prof.dr. F.M. Bickelhaupt

Faculteit der Bètawetenschappen

Aard- en levenswetenschappen

Promotie

Theoreticus chemicus Stephanie van der Lubbe analyseerde waterstofbruggen vanuit kwantumchemisch perspectief. Haar onderzoeksresultaten benadrukken het belang van het gebruik van kwantumchemische methoden voor een correcte beschrijving van waterstofbruggen.

Waterstofbruggen zijn zwakke chemische verbindingen tussen moleculen. Deze zwakke interacties spelen een cruciale rol in fundamentele chemische processen en vele toepassingsgebieden. De eigenschappen van materialen, en daarmee hun toepassingen, kunnen gecontroleerd worden door de waterstofbrugsterkte te variëren.

Als de kennis van het waterstofbrugmechanisme toeneemt, zal het beïnvloeden van de individuele energie-componenten op rationele wijze mogelijk een grotere rol gaan spelen in het ontwerpen van nieuwe materialen. Een diepgaand begrip van de aard van de waterstofbrug is dan ook essentieel. 

Complex samenspel

Het mechanisme van waterstofbrugvorming is echter een complex samenspel van verschillende attractieve en repulsieve energietermen, welke elk afhankelijk zijn van het moleculaire systeem. Om die reden is de aard van waterstofbruggen nog steeds een onderwerp van discussie.

In haar proefschrift heeft Van der Lubbe geprobeerd om bij te dragen aan meer begrip van de aard van waterstofbruggen door deze zwakke interactie te analyseren vanuit kwantumchemisch perspectief. Van der Lubbe bespreekt verschillende bindingsfenomenen welke niet goed beschreven kunnen worden door eenvoudige klassieke modellen.

Ze toont aan dat de kwantummechanische repulsie tussen bezette moleculaire orbitalen (i.e. Pauli repulsie) een doorslaggevende rol kan spelen bij zowel de sterkte als lengte van de waterstofbrug, en dat het klassieke secondaire elektrostatische interactiemodel voorspellend kan zijn omdat het de ladingsophoping in moleculen op indirecte wijze beschrijft. Deze resultaten benadrukken het belang van het gebruik van kwantumchemische methoden voor een correcte beschrijving van waterstofbruggen.

Meer informatie over het proefschrift.