Chemikům se podařilo přeskupit atomové vazby v molekule

TLDR: S pomocí elektrického napětí mezinárodní tým přepnul atomové vazby do jiné konfigurace. Zní to asi jako alchymie, je to ale užitečné hlavně pro měření vlastností molekul. Studie tuna.

Zázrak pro tento den?

Wow, takže tu máme transmutaci jako ze starých alchymistických legend? Inu, ne. Ale to neznamená, že přeskupení vazeb není samo o sobě zajímavé a užitečné. Ale pojďme postupně.

Chemické procesy dneška jsou často hrubě neotesané. Trefným přirovnáním je, že kdyby chemici vyráběli auta, vypadalo by to tak, že naplní továrnu díly aut, pak to celé podpálí (zamrazí, zalijou…), a z popela pak vyjedou nové bouráky. S procesy o velikosti atomů toho prostě moc dělat nejde – vlastně je vůbec zázrak poznání, že rozumíme alespoň této posloupnosti reakcí. Nicméně – začíná se to měnit!

Vědátoři ze španělského Santiago de Compostela, IBM a německé Regensburgské univerzity totiž donutili jedinou molekulu projít sérií proměn poté, co do ní nepatrně šťouchali elektrickým napětím. To v dané molekule proměnilo její chemické vazby. Někdy v budoucnu by tato metoda mohla být o dost přesnějším způsobem, jak vyrábět ona chemická auta i bez podpalování fabriky.

Samozřejmě, ona paralela s ohněm je i dnes už značně přehnaná a zjednodušená. Chemici už mohou detailněji ovlivňovat reakce tím, že upravují některé vlastnosti změnou pH anebo přidáváním či odebíráním protonových donorů. To sebou ovšem nese i úskalí, protože složitost všech sil uvnitř velké organické molekuly nám komplikuje přesné měření toho, co přesně takové změny mohou způsobovat.

Pokud se to ovšem nezkusí trošku jinak!

Ne pro to, co čekáte…

Své ďábelské pokusy vědátoři začali s látkou 5,6,11,12-tetrachlorotetracen (se vzorcem C18H8Cl4). To je molekulou na bázi uhlíku, která vypadá jako řada čtyř buněk včelí plástve lemovaná čtyřmi atomy chloru, které se vznášejí kolem jako hladové včely. Poté, co autoři studie nalepili tenkou vrstvu tohoto matroše na studený kus mědi pokrytý solí, vyhnali tím chlorové včely a zůstala tu jen parta vzrušených, ne-li přímo excitovaných atomů uhlíku, které se drží nepárových elektronů v řadě příbuzných struktur.

Dva z těchto elektronů se v některých strukturách šťastně znovu spojily mezi sebou, čímž se překonfiguroval obecný tvar molekuly! Druhému páru nezbylo, než to, co znáte z pozdních hodin večírků, tedy také se spárovat mezi sebou… ale nejen mezi sebou, nýbrž i s jakýmkoli jiným volným elektronem, který by jim mohl přijít do cesty…

Dává také logiku, že podobné „vztahy“ nemají zrovna sáhodlouhého trvání, protože zbývající elektrony se mezi sebou promptně zase pospojují. Ledaže ne – jak se stalo v této práci s mocnou pomocí elektrického napětí!

Chemie je magie! Zdroj: Simpsonovi, vlastní
Chemie je magie! Zdroj: Simpsonovi, vlastní

Jeho jemný tlak totiž dokázal přinutit jedinou molekulu, aby spojila druhý pár elektronů takovým způsobem, že nově navázané spojení drží jak přilepené sekunďákem! Dokonce lze proces opakovat vícekrát a dosahovat tím jiných výsledků – anebo do původního stavu.

A to je užitečné z mnoha ohledů! Ne úplně k výrobě zlata… Ale ke zlatým výsledkům měření!

Vstříc srovnáním!

Tím, že vědátoři donutili jedinou molekulu, aby se pomocí přesného napětí/proudu zkroutila do různých tvarů (neboli izomerů), mohli získat přehled o chování jejích elektronů a o stabilitě a výhodných konfiguracích organických sloučenin.

Tak by mohlo být mnohem snáze zúžit hledání katalyzátorů, které umí nakopnout rozsáhlou reakci nesčetných molekul tím způsobem, že výsledek bude daleko přesnější. Nebude to už podpalování celé fabriky, ale jenom některých jejích částí. A časem možná i detailnější rozdělávání ohně jenom uvnitř kotle, zůstanu-li u původní paralely.

Jinými slovy, překopávání atomárních vazeb tu je především jako nová metoda měření změn uvnitř molekul než cokoliv jiného. Starší metody používaly ke stejným cílům celé chemické reakce. Což je prostě trochu jako grilovat pomocí napalmové bomby. Výsledku tím dosáhnout můžete, ale je to poněkud neohrabané. Elektrické napětí by namísto toho mohlo poskytnout elegantnější a relativně přesnější metodu, jak kontrolovaně měnit vlastnosti molekul s cílem zjistit, co to s nimi dělá – a tak lépe poznat i jejich vlastnosti bez tohoto napětí.

Ano, jednou se nabízí i možnost využívat nanomašiny, které dovedou třeba snáze využít exotičtějších vlastností elektrifikovaných molekul či jiné bizarnosti. Ale tak daleko – obligátně řečeno – rozhodně ještě nejsme a své dogecoiny bych do startupů, co by něco takového dnes chtěly dělat, ještě neinvestoval.

[Ladislav Loukota, OR]

Spolu s Olgou jsem dva roky nazpět mrkl i na totok vynález jménem porfen:

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Reklama