Posted on 31/05/2013
Σχεδόν τόσο ξεκάθαρα όπως στα διαγράμματα των βιβλίων. Εικόνα από μικροσκόπιο nc-AFM αποκαλύπτει τις θέσεις ατόμων και δεσμών σε ένα μόριο που έχει 26 άτομα άνθρακα και 14 άτομα υδρογόνου (φαίνονται τρεις συνδεδεμένοι μεταξύ τους δακτύλιοι βενζολίου)
Για πρώτη φορά οι επιστήμονες κατόρθωσαν να φωτογραφίσουν τα μόρια μιας χημικής ουσίας ακριβώς προτού αυτά αντιδράσουν μεταξύ τους καθώς και αμέσως μετά την αντίδραση. Το «στιγμιότυπο», το οποίο όπως αναφέρεται στο σχετικό δελτίο Τύπου, αποτελεί «το όνειρο κάθε χημικού», επετεύχθη χάρη σε μια νέα τεχνική που ανέπτυξαν χημικοί και φυσικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Μπέρκλεϊ.
Χρησιμοποιώντας ένα εξελιγμένο μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (Non-contact atomic force microscope, εν συντομία nc-AFM) οι ερευνητές κατόρθωσαν να «συλλάβουν» κάθε άτομο ξεχωριστά καθώς και τους δεσμούς που σχηματίζονται μεταξύ των ατόμων, απεικονίζοντας ευκρινώς πώς αλλάζει η δομή ενός μορίου κατά της διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης. Μέχρι τώρα οι επιστήμονες μπορούσαν να εξαγάγουν πληροφορίες αυτού του είδους μόνο μέσω της φασματοσκοπικής ανάλυσης – ποτέ κάποιος δεν τις είχε αποτυπώσει άμεσα «εν δράσει».
Το άκρο του μικροσκοπίου ατομικής δύναμης (nc-AFM) αισθάνεται τις αλλαγές στην ένταση των ηλεκτρικών δυνάμεων.
Ένα όνειρο βγαίνει αληθινό
«Αν και χειρίζομαι αυτές τις αντιδράσεις σε καθημερινή βάση, το γεγονός ότι μπορώ πραγματικά να δω αυτές τις εικόνες με αφήνει άναυδο» σχολίασε ο Φίλιξ Φίσερ, επίκουρος καθηγητής Χημείας στο πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ. «Αυτό ήταν κάτι που οι δάσκαλοί μου έλεγαν ότι δυστυχώς δεν θα μπορέσουμε να δούμε ποτέ, και να που τώρα το βλέπουμε».
Απεικόνιση των μορίων πριν και μετά την αντίδραση που πραγματοποιείται όταν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 90 βαθμούς Κελσίου. Φαίνονται τα δύο πιο κοινά τελικά προϊόντα της αντίδρασης.
Η δυνατότητα απεικόνισης μοριακών αντιδράσεων κατ’ αυτόν τον τρόπο πέραν της «εκπλήρωσης ενός ονείρου» θα βοηθήσει ιδιαίτερα όχι μόνο τους φοιτητές Χημείας αλλά και τους ερευνητές που προσπαθούν να αναπτύξουν νέες δομές και υλικά – όπως π.χ. οι νανοδομές από γραφένιο.
«Το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης μας δίνει νέες πληροφορίες σχετικά με τον χημικό δεσμό, κάτι το οποίο είναι απίστευτα χρήσιμο για την κατανόηση του πώς οι διάφορες μοριακές δομές συνδέονται μεταξύ τους και πώς εμείς μπορούμε να τις μετατρέψουμε από ένα σχήμα σε ένα άλλο» εξήγησε ο έτερος επικεφαλής της μελέτης, Μάικλ Κρόμι, καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ. «Αυτό θα μας βοηθήσει να δημιουργήσουμε νέες νανοδομές, όπως δίκτυα ατόμων με δεσμούς μεταξύ τους τα οποία θα έχουν συγκεκριμένο σχήμα και δομή ώστε να χρησιμοποιηθούν σε ηλεκτρονικές συσκευές. Ανοίγει τον δρόμο προς τα εμπρός».
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Science» με τίτλο “Direct Imaging of Covalent Bond Structure in Single-Molecule Chemical Reactions“
Επάνω οι φωτογραφίες μιας αντίδρασης με ένα μικρoσκόπιο ρεύματος σήραγγας ακίδας (STM), στο κέντρο οι νέες φωτογραφίες με το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης nc-AFM και κάτω κλασικά διαγράμματα μοριακής δομής (Πηγή Felix Fischer and Michael Crommie, UC Berkeley)
