بهار نیوز - اندازه‌گیری انرژی اتم‌هابرای نخستین بار

گروه علمی:محققان برای اولین بار موفق شدند انرژی حاصل از نظم بسیار کوتاه مدت اتم‌ها را در طول انجام واکنش شیمیایی اندازه بگیرند. این موضوع دستاورد بسیار برجسته‌ای در دنیای علم است که انجام آن تا مدت‌ها غیرممکن تصور می‌شد.

این یافته‌ها می‌تواند به روشن شدن جزئیات تازه‌ای از سازوکار داخلی واکنش‌های شیمیایی پیچیده‌تر کمک کند.
واکنش‌های شیمیایی مسؤول حیات، مرگ و هر چیزی بین این دو رویداد هستند که با تغییر شکل مولکول‌ها از نوعی به نوع دیگر همراه است. در زمان انجام یک واکنش شیمیایی، نظم موقتی و ناپایداری بین اتم‌ها شکل می‌گیرد و تا زمانی که پیوندهای مولکولی بشکند باقی می‌ماند که از آن به عنوان وضعیت گذار یاد می‌شود.

واکنش‌دهنده‌ها و محصولات در هر یک از دو سوی واکنش ثابت‌اند و وضعیت گذر موقتی است. این وضعیت تنها زمانی ایجاد می‌شود که یک مولکول به مولکول دیگر تبدیل ‌شده و لذا مطالعه آن بسیار دشوار است. دانشمندان دانشگاه کلرادو بولدر برای اولین بار موفق شده‌اند میزان انرژی مورد نیاز برای رسیدن به حالت گذر را اندازه‌گیری کنند. پیش از این تصور می‌شد که این کار کاملا غیرممکن است و حتی در کتاب‌های شیمی هم به این نکته اشاره شده بود که اندازه‌گیری این انرژی در عمل امکانپذیر نیست.

با تصویربرداری از اتم‌ها، مشاهده آنها به صورت توپ‌های ساده امکان‌پذیر است و پیوندهای مولکولی که اتم‌ها را به هم متصل کرده‌اند نیز به این روش قابل مشاهده‌ است. مثلا در استیلن اتم‌های کربن به یکدیگر متصل شده و قسمت میانی مولکول را شکل می‌دهند. هر اتم کربن به یک اتم هیدروژن متصل است. وقتی استیلن انرژی جذب می‌کند دو شکل به خود می‌گیرد. یکی از این اشکال زیگزاگی است که در آن یک اتم هیدروژن در یک سمت از پیوند کربن-کربن قرار گرفته، در حالی که اتم هیدروژن دیگر در سمت دیگر این پیوند قرار دارد. شکل دیگر حالت U مانند است که هر دو اتم هیدروژن در یک سمت از پیوند قرار گرفته‌اند.

با اندکی انرژی، حالت زیگزاگ به حالت U شکل تبدیل می‌شود. در بین این دو حالت یک مرحله گذر هست که یکی از اتم‌های هیدروژن در هیچ یک از دو سوی پیوند کربن-کربن قرار ندارند و تقریبا همراستا با آن در یک خط قرار گرفته‌اند. محققان مشاهده کردند که با تغییر سطوح انرژی، الگوی حرکات جنبشی اتم‌های تشکیل‌دهنده استیلن همان طور که انتظار می‌رفت تغییر می‌کرد و نزدیک به حالت گذر قرار می‌گرفت. آنها تغییرات این انرژی را با کمک نور لیزر مورد مطالعه قرار داده‌اند.

محققان همچنین نشان دادند که می‌توانند از این روش برای پیش‌بینی صحیح ساختار و میزان انتقال انرژی بین هیدروژن سیانید و هیدروژن ایزوسیانید استفاده کنند. هیدروژن سیانید یک اتم هیدروژن است که به یک اتم کربن متصل شده و این اتم کربن خود با یک اتم نیتروژن پیوند برقرار کرده است. در هیدروژن ایزوسیانید، یک اتم هیدروژن به یک اتم نیتروژن متصل است که خود آن با یک اتم کربن پیوند دارد.

وضعیت انتقال بین این مولکول‌ها شامل یک اتم هیدروژن، یک اتم کربن و یک اتم نیتروژن است که به صورت سه ضلعی به یکدیگر متصل شده‌اند. محققان امیدوارند در تحقیقات بعدی بتوانند واکنش‌های پیچیده‌تر را آنالیز کنند و به بررسی میزان انتقال انرژی در واکنش‌هایی مثل تشکیل مولکول یا شکستن یک مولکول به دو مولکول مجزا استفاده کنند.