Az alfa

A fény-vezérelt reakciók mondhatni az emberi látás központi elemei, de igaz ez a a fotoszintézisre és a napenergia előállítására is. Az első, úgy értem a leges-legelső lépés észlelése egy ilyen  reakció során, megnyithatja az ajtót a kémiai kötések kialakulásának és megszakadásának pontos megfigyeléséhez és megértéséhez.

Amikor egy molekula kölcsönhatásba lép a fénnyel, elektronjai képesek elnyelni az elektromágneses mezőből származó energiát, helyzetük gyors átrendezésével. Ez a finom átrendeződés a felkészülés arra, ami utána következik, és eldönti azt is, hogy a reakció hogyan alakul tovább. 

Most a Brown Egyetem, az Edinburgh-i Egyetem és az Egyesült Királyság Energiaügyi Minisztériuma SLAC nemzeti gyorsító laboratóriumának tudósai közvetlenül is megfigyelhették, hogy a molekula elektron felhői hogyan fúvódnak fel, mielőtt még a molekulát alkotó bármely atommag reagálna.

Ez az első alkalom a történelemben, hogy a tudósok ezt a válaszreakciót, egy molekuláris filmkészítésnek nevezett folyamat során közvetlenül is leképezték röntgensugarak segítségével. A céljuk az volt, hogy valós időben megfigyeljék, ahogy a kémiai kötések képződése vagy megszakadása során elektronok, és az atommagok működnek. Peter Weber, a Brown kémia professzora és a tanulmány vezető szerzője elmondta:  

„A múltbeli molekuláris filmekben már láthattuk, hogyan mozognak az atommagok egy kémiai reakció során, de a kémiai kötés létrejötte, amely az elektronok újraelosztásának eredménye, láthatatlan maradt. Most már képesek vagyunk megfigyelni, a vegyi kötések változását is, a reakciók során."

A tanulmányhoz a tudósok lézerfény hullámhosszon világították meg az 1,3-ciklohexadién (CHD) gáz mintáit, így gerjesztve a molekulákat olyan állapotig, amely viszonylag hosszú ideig, 200 femtoszekundumig fennmaradt. Elektromos felépítésüket így közben LCLS röntgen lézerimpulzusokkal vizsgálhatták. Adam Kirrander, az Edinburgh-i Egyetem tanára és a tanulmány vezető társszerzője elmondta:  „A röntgenszórást több mint 100 éve használják az anyag szerkezetének meghatározására, de ez az első alkalom a gerjesztés állapotának elektromos struktúráját közvetlenül is megfigyelték.”

Jel-bontás

Nem-rezonáns röntgenszórási technikát alkalmaztak a mintában lévő elektronok elrendezésének számszerűsítésére. A mérés során tapasztaltak szerint miközben az elektronokból származó jel gyenge maradt, a kutatók képesek voltak rögzíteni, ahogy az elektronfelhő egyértelműen nagyobb, óriási, diffúz felhővé alakult, amely megfelel a gerjesztett elektromos állapotnak. 

Haiwang Yong Ph.D. a Brown Egyetem hallgatója és a jelentés vezető szerzője beszámolójában:  “Kémiai reakcióban az atommagok mozognak, és ennek jelét nehéz szétválasztani azoknak a részeknek a jelétől, melyekben a kémiai kötések létrejönnek vagy éppen megszakadnak. Ebben a tanulmányban az atommagok helyzetének változása a vizsgált időtartamban viszonylag kicsi, tehát az elektronok mozgása azonnal “kiugrott” , miután a molekula elnyelte a fényt."

Michael Minitti, a SLAC vezető munkatársa hozzátette: „Leképezzük  ezeket az elektronokat, miközben mozognak és eltolódnak, ez előkészíti az utat az elektronmozgások közvetlen és valós időben történő megfigyelésére a kötések megszakadása és a kötések kialakulása közben, amit csinálunk, ebben az értelemben hasonló a fényképezéshez.”

(Forrás: Nature Communications Képek: )