Μοναδικά πορτρέτα μορίων πριν και μετά τη χημική αντίδραση

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».

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 Berkley).

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».

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».

Πηγή: Βήμα
http://newscenter.berkeley.edu/2013/05/30/scientists-capture-first-images-of-molecules-before-and-after-reaction/
http://www.sciencemag.org/content/early/2013/05/29/science.1238187