Atomit reagoivat "gyroskoopissa"

Vaihtoreaktioiden päättäjät purkavat

Grafiikka esittää reaktion Cl- + CH3I 3D-esityksen kautta tärkeimmästä mittaustuloksesta © Freiburgin yliopisto
lukea ääneen

Kemialliset reaktiot muodostavat perustan monille luonnossa ja kosmossa tapahtuville prosesseille, mutta ne mystifioivat edelleen tieteen. Ensimmäistä kertaa tutkijat ovat kyenneet dekoodaamaan yksityiskohtaisesti yhden tärkeimmistä kemiallisten reaktioiden luokista. Science-lehden viimeisimmässä numerossa ne osoittavat, että atomien uudelleenjärjestely tämän reaktion aikana on aivan erilainen kuin aiemmin ajateltiin.

Biljardi atomeille

Viisi vuotta sitten Freibugin yliopiston fyysikko Roland Wester aloitti erityisen laitteen rakentamisen, jossa yksittäisiä kemiallisia reaktioita voidaan havaita, kuten biljardipelissä. Lähtöaineet liikkuvat toisiaan kohti valvotulla nopeudella ja reagoivat toistensa kanssa. Sitten tuloksena olevien reaktiotuotteiden nopeus visualisoidaan kameralla.

"Alussa kamppailemme paitsi monien ratkaisemattomien ongelmien kanssa myös vertaisryhmiemme epäilyjen kanssa, että nämä kokeilut toimisivat koskaan. Nykyään meillä on maailman ainutlaatuinen laite monenlaisten kemiallisten reaktioiden seuraamiseksi ", Wester selittää. Freiburgin tutkijoilla on nykyisessä työssään negatiivisesti varautuneiden klooriatomien vaihtoreaktio jodimetaanimolekyylien CH3I kanssa. Tämä johtaa molekyyliin CH3Cl ja negatiivisesti varautuneeseen jodiatomiin.

"Gyroskooppi" lineaarisen vaihdon sijasta

Freiburgin kokeet toivat esiin useita odottamattomia vaikutuksia. Vastoin monissa kemian oppikirjoissa havaittua yksinkertaista käsitystä, tämä vaihtoreaktio ei tapahdu pienillä kloorin nopeuksilla, niin että klooriatomi lähestyy CH3I-molekyyliä yhdeltä puolelta ja jodiatomia uudelleenjärjestelyn jälkeen vastakkaiseen suuntaan lentävän molekyylikompleksin osuus. Sen sijaan reaktiokompleksi pyörii useita kertoja eri suuntiin, niin että jodiatomi liukenee määrittelemättömään suuntaan kompleksista.

Tutkijat saivat nimen uudelle reaktiomekanismille välittömästi. He kutsuvat sitä "roundabout" -mekanismiksi englanninkielisen sanan roundabout ja roundabout jälkeen. "Yhdessä Yhdysvaltojen Texas Tech University -professorin professori Bill Hase -ryhmän teoriaryhmän kanssa pystyimme jopa löytämään toisen täysin odottamattoman reaktiomekanismin, josta tulee tärkeämpi suuremmilla nopeuksilla", selittää äskettäin Jochen Mikosch. sai tohtorin tutkinnon Freiburgissa kokeellisesta työstä. näyttö

Yllätyksiä fysiikan ja kemian välillä

Tutkituilla vaihtoreaktioilla on erittäin tärkeä rooli vedessä ja mahdollisesti biologisissa prosesseissa. Siksi tutkijat haluavat tutkia vesimolekyylien vaikutusta reaktioon tulevaisuudessa. He haluavat paremmin ennustaa teknologisesti tärkeiden reaktioiden kulkua ja ymmärtää kemiallisia prosesseja elävissä soluissa. Ennen kaikkea Weidem ller ja Wester ovat vakuuttuneita siitä, että fysiikan ja kemian raja-alueelle, jolle on ominaista monimutkaisuuden ja kvantiteorian yhdistelmä, on paljon enemmän yllätyksiä varastossa.

"Ymmärryksemme modernista kvanttifysiikasta on parhaillaan muuttumassa paradigman muutoksiin. Toistaiseksi on oletettu, että kvantmekaanisilla prosesseilla ei ole merkittävää vaikutusta monimutkaisiin prosesseihin, erityisesti elävässä luonnossa. Sillä välin tutkimus on edennyt monimutkaisten kvantijärjestelmien tutkimisessa, ja olen varma, että lähitulevaisuudessa löydämme johtolankoja elävän luonnon ilmiöille, joissa kvantfysiikalla on ratkaiseva merkitys ", Weidem sanoo Müller. Tämän löytäminen on suuri haaste Freiburgin tutkijoille.

(Freiburgin yliopisto, 14.01.2008 - NPO)