تهیه نخسین تصاویر مستقیم از یک واکنش شیمیایی

دانشمندان برای نخستین بار موفق شده‌اند از یک مولکول در جریان بازآرایی پیوندهای شیمیایی‌اش تصویربرداری کنند. جالب اینکه این تصاویر، شباهت خیره‌کننده‌ای به همان نمودارهای شماتیک کتاب‌های شیمی دوره دبیرستان‌مان دارند.

تصاویر قبل، و بعد از واکنش اتم‌های کربن؛ در پس‌زمینهٔ یک صفحه نقره‌ای در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد (خط مقیاس، معادل ۳ آنگستروم؛ یا سی‌میلیاردیم یک متر)

تصاویر قبل، و بعد از واکنش اتم‌های کربن؛ در پس‌زمینهٔ یک صفحه نقره‌ای در دمای ۹۰ درجه سانتیگراد (خط مقیاس، معادل ۳ آنگستروم؛ یا سی‌میلیاردیم یک متر)

دانشمندان تابه حال تنها موفق به استنباط غیرمستقیم ساختارهای مولکولی شده بودند. اما با کمک یک میکروسکوپ اتمی غیرتماسی می‌توان پیوندهای اتمی منفردی – به طول تنها چندده‌میلیونیم یک میلیمتر – که اتم‌های کربن ۲۶ و هیدروژن ۱۴ در مولکول کربن را به هم پیوند داده را از نظر گذراند. نتایج این بررسی، در شماره آنلاین نسخه ۳۰ می نشریه Science انتشار یافته است.

این گروه ابتدا درصدد ایجاد چیدمان دقیقی از میکروساختارهای برساخته از گرافین بودند؛ ماده تک‌لایه‌ای که در آن اتم‌های کربن، در الگوهایی شش‌ضلعی و تکرارشونده‌ آرایش یافته‌اند. تولید این کندوهای کربنی، مستلزم بازآرایی اتم‌های کربن، از یک زنجیره مستقیم به اشکال شش‌ضلعی‌ست؛ که در نتیجه می‌تواند منجر به تولید چندین و چند مولکول مختلف بشود. فلیکس فیشر (Felix Fischer)، شیمیدان دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، به اتفاق همکارانش تصمیم گرفتند این فرآیند را به تصویر بکشند تا از صحت و سقم وقوع‌اش خبر بگیرند.

نمای شماتیک از نوک سوزن یک میکروسکوپ اتمی غیرتماسی، که با حرکت بر فراز مولکول‌های مدنظر، تغییرات پدیدآمده در قدرت پیوندهای الکتریکی اتم‌هایشان را نهایتاً در قالب یک تصویر از نحوه وقوع یک واکنش شیمیایی پیاده می‌کند

نمای شماتیک از نوک سوزن یک میکروسکوپ اتمی غیرتماسی، که با حرکت بر فراز مولکول‌های مدنظر، تغییرات پدیدآمده در قدرت پیوندهای الکتریکی اتم‌هایشان را نهایتاً در قالب یک تصویر از نحوه وقوع یک واکنش شیمیایی پیاده می‌کند

فیشر برای تهیه این مستند از طرز تهیه گرافین، به ابزار تصویربرداری قدرتمندی نیاز داشت و لذا به میکروسکوپ اتمی غیرتماسی واقع در آزمایشگاه مایکل کرومی (Michael Crommie)، فیزیکدان آزمایشگاه دانشگاه کالیفرنیا-برکلی، رو کرد. در این شیوه، میکروسکوپ مزبور، از یک سوزن فوق‌العاده تیز و باریک استفاده می‌کند تا قوای الکتریکی تولیدی توسط مولکول‌ها را بخواند؛ به‌طوریکه نوک سوزن، در نزدیکی سطح مولکول حرکت می‌کند و با انحرافات جزئی‌ای که در نتیجه مواجهه با بارهای مختلف الکتریکی متحمل می‌شود، تصویری از نحوه جهت‌گیری اتم‌ها و پیوندهای مولکول مدنظر را ایجاد می‌کند.

این گروه، با همین روش موفق شدند که نه فقط از مولکول‌های کربن، بلکه از پیوندهای مابین‌شان هم که متشکل از چندین الکترون اشتراکی‌ست، تصویربرداری کنند. آن‌ها یک ساختار کربنی حلقوی را روی یک صفحه نقره‌ای قرار دادند و تا سرحدّ بازآرایی مولکول‌هایش، آن را حرارت دادند. سرمایی که به تعاقب این گرما به مولکول‌ها وارد شد، فرآورده‌های حاصل از این واکنش را در جای خودشان قفل کرد؛ فرآورده‌هایی که پس از تصویربرداری از آن‌ها مشخص شد که عبارتند از سه ترکیب غیرمنتظره، و نیز یک ترکیبی که دانشمندان پیش‌بینی پیدایش‌اش را کرده بودند.

شاید این مطالب را هم دوست داشته باشید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*