A Nottingham Egyetem és az Ulm Egyetem kutatóinak most először sikerült elkapnia a pillanatot, ahogy az atomok kötődése szétbomlik. A felvételt transzmissziós elektronmikroszkóppal (TEM) készítették, mely elektronsugárral teszi láthatóvá a nagyon vékony anyagon zajló eseményeket, valahogy úgy, ahogy a makro-fotózás történik, csak fény helyett elektronok használatával. 

A főszereplők

A rénium atom kitűnő fizikai megjelenése miatt kapta meg a szerepet, viszonylag nagy mérete miatt ugyanis jól látható a felvételeken. 205 pikométeres, ami igaz, hogy a méter 205 billiomodrészének felel meg, de atomi szinten megtermettnek számít. A földkéreg egyik legritkább eleme, 75-ös rendszámú nehézfém. 

A helyszín

A szén nanocsövek, melyben az események lezajlottak, szintén mindössze néhány nanométeres nagyságúak, az, hogy az atomok párt alkottak, nehezítette a mozgásukat, így kénytelenek voltak a csőben maradni. “ A nanocsövek segítenek nekünk elkapni az atomokat és molekulákat, és úgy pozicionálni őket, ahogy szeretnénk.” - mondta Andrei Khlobystov, a kutatás vezetője - “Mivel a rénium atom magas protonszámmal rendelkezik, könnyebb az elektronmikroszkóppal megfigyelni, mint a könnyebb elemeket, lehetővé téve, hogy minden egyes fématomot sötét foltként azonosítsunk.” A nanocső meghatározta a kötések formálását. “ Az elérhető kötési módokat nagyban befolyásolta a cső falának görbülete, így ésszerű feltételezni, hogy szélesebb nanocsőben, kisebb fokú görbület esetében, kevesebb korlátozás alá esnének az atomok és másmilyen kötéseket alkotnának.”

A sztori

A két atom először dirénium molekulát alkotva haladt a nanocsőben, ami világosan látszik a felvételen. “Megfigyeltük az atomi szintű dinamikáját, ahogy a réniumok elmerülnek a nanocső grafithálójában és felfedeztük, hogy a kötések hossza megváltozik, lassan, lépésről lépésre.” - magyarázta Ute Kaiser, az Ulm Egyetem professzora. Egy idő után a sétáló atomok mozgása elkezdett módosulni, a vibráció az addig kör alakú elemeket ellipszis formájúvá változtatta, megnyújtva a köztük lévő kötést. Mikor a kötéshossz meghaladta az atomok sugarának összegét, kötés egyszer csak elpattant és a vibráció megszűnt, a kapcsolat véget ért. Az atomok függetlenedtek egymástól. 

Vigyázat, spoiler!

Kis idő múltán azonban az atomok megint egymásra találtak és újból kötést alkottak. Happy end. “Az atomok közti kötések rendkívül fontosak a kémiában, főként abban segítenek, hogy jobban megértsük az anyagok mágneses, elektromos, és katalitikus jellemzőit. Ami különösen nagy kihívássá teszi ezt, az, hogy az átmeneti fémek, amilyen a rénium is, különböző rendű kötéseket alkotnak, az egyszeritől a négyszeresig. A mostani megfigyeléssel betekintést nyerhettünk a fémek kémiai átalakulásába.” - mondta Stephen Skowron, a Nottingham Egyetem kutatóasszisztense.  

Stáblista

A kutatócsapat  már korábban is készített “mozit” a transzmissziós elektronmikroszkóp használatával, melyek a fématomok rendeződését mutatták be, a SALVE projekt keretében, de a kötések kialakulásának pillanatát még sohasem sikerült nyakon csípni.

“Legjobb tudomásunk szerint, ez volt az első alkalom, hogy filmre vették az atomi szintű kötések evolúcióját, felbomlását és kialakulását. Az elektronmikroszkóp fontos analitikai eszközzé válhat a molekulák struktúrájának elemzésében, különösen a kriogenikus TEM, melyért létrehozói megkapták a 2017-es Nobel-díjat. A molekuláris képalkotás határait feszegetjük, átlépve az egyszerű szerkezeti analízis szintjén, a valós idejű molekuláris mozgás megfigyelésének irányába.” 

(Forrás: New Atlas, Fotó: Pixabay, Wikimedia Commons)