เทคนิคใหม่นำเสนอภาพที่คมชัดของช่วงชีวิตของสารเคมีที่เข้าใจยากและอยู่ชั่วคราว นักวิทยาศาสตร์ได้เปิดเผยรายละเอียดเกี่ยวกับตัวกลางลึกลับในปฏิกิริยาเคมีด้วยการวัดพลังงานของโมเลกุลอย่างแม่นยำในทันทีRichard Zare นักเคมีแห่งมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดกล่าวว่า “นี่เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในความสามารถของเราในการทำความเข้าใจว่าการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้นได้อย่างไร
ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี โมเลกุลจะผ่านสถานะการเปลี่ยนแปลง
ซึ่งเป็นรูปแบบพลังงานสูงที่ไม่เสถียรซึ่งจะเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายทันที Josh Baraban จาก University of Colorado Boulder ผู้เขียนร่วมของรายงานใน Science 11 ธันวาคม กล่าวว่า “สภาวะการเปลี่ยนผ่านมักถูกมองว่าเป็นสิ่งที่ไม่มีอยู่จริง แต่สภาพนั้นมีอยู่จริง และตอนนี้ Baraban และเพื่อนร่วมงานก็มีข้อกำหนดที่จะพิสูจน์ได้
นักวิจัยได้ทำงานร่วมกับอะเซทิลีนโมเลกุลอย่างง่าย โมเลกุลนี้ทำขึ้นจากคาร์บอนอะตอม 2 อะตอม ขนาบข้างด้วยอะตอมไฮโดรเจน โมเลกุลนี้สามารถแปรสภาพจากโครงสร้างรูปตัวยู โดยมีไฮโดรเจนทั้งสองอยู่เหนือพันธะคาร์บอน-คาร์บอน ไปเป็นสายฟ้า โดยมีไฮโดรเจนหนึ่งตัวอยู่เหนือคาร์บอนและอีกตัวหนึ่งอยู่ด้านล่าง ปฏิกิริยาการเปลี่ยนรูปร่างประเภทนี้เรียกว่าไอโซเมอไรเซชัน พบได้ในหลายพื้นที่ รวมถึงการผลิตโปรตีนตาที่ตรวจจับแสงและการผลิตน้ำมันเบนซิน
แปลงร่าง
นักวิทยาศาสตร์ได้บันทึกรายละเอียดใหม่เกี่ยวกับสถานะการเปลี่ยนแปลง (ตรงกลาง) ของอะเซทิลีนในขณะที่มันเปลี่ยนจากโมเลกุลรูปตัวยู (ซ้าย) เป็นรูปร่างสายฟ้า (ขวา)
เครดิต: J. Baraban et al/Science 2015
สำหรับปฏิกิริยาทั้งหมดเหล่านี้ สถานะการเปลี่ยนแปลงจะอยู่ที่ด้านบนสุดของภูเขาที่สูงชันอย่างกระฉับกระเฉง และรายละเอียดของภูมิประเทศนั้นควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยา “มันเหมือนกับว่าคุณมีเทือกเขาระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ และสภาวะการเปลี่ยนแปลงคือเส้นทาง” Baraban ผู้ดำเนินการศึกษาที่ MIT กล่าว “มันเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการรับจากที่อื่น”
โรเบิร์ต ฟิลด์ ผู้เขียนร่วมด้านการศึกษาแห่ง MIT กล่าวว่า การศึกษาสภาวะที่เข้าใจยากเหล่านี้ไม่ใช่เรื่องง่าย ผู้ซึ่งเรียกพวกมันว่า “โมเลกุลที่ประพฤติตัวไม่ดี” เมื่อโมเลกุลเคลื่อนตัวขึ้นภูเขาไปสู่สถานะการเปลี่ยนแปลง โปรไฟล์พลังงานของพวกมันก็ซับซ้อนมากขึ้นจนนักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่ไม่ต้องพยายามศึกษาพวกมัน เขากล่าว
เพื่อให้ได้ข้อมูลคร่าวๆ ฟิลด์ บาราบันและเพื่อนร่วมงานใช้เลเซอร์เพื่อสูบฉีดพลังงานเข้าไปในไอพ่นของโมเลกุลอะเซทิลีนอย่างระมัดระวัง ทีมงานใช้เลเซอร์สเปกโตรสโคปีเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงในการสั่นสะเทือนและการหมุนของโมเลกุล เมื่อถึงจุดหนึ่ง รูปแบบที่คาดการณ์ได้ของการเปลี่ยนแปลงแบบสั่นสะเทือนก็พังทลายลง รายละเอียดนี้ระบุด้วยความถี่การสั่นสะเทือนต่ำโดยไม่คาดคิด เป็นคุณลักษณะหลักที่ทำเครื่องหมายสถานะการเปลี่ยนแปลง Field กล่าว “เมื่อคุณกำลังข้ามสิ่งกีดขวาง ที่ด้านบนสุด คุณจะต้องหยุด”
ทีมงานพบว่าในช่วงเปลี่ยนผ่าน รูปแบบที่แตกหักเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการบิดตัวของโครงสร้างของโมเลกุลในขณะที่มันเปลี่ยนรูปร่าง คำอธิบายที่สมบูรณ์ของสถานะการเปลี่ยนแปลง ซึ่งรวมถึงข้อมูลเกี่ยวกับพลังงาน โครงสร้าง และการเคลื่อนไหวของโมเลกุล สอดคล้องกับการคาดการณ์ทางทฤษฎี แต่ “ไม่มีทางที่เป็นอิสระในการมองปัญหานี้” Baraban กล่าว
เนื่องจากสถานะการเปลี่ยนแปลงคือ “ส่วนผสมที่ควบคุมทุกสิ่งทุกอย่าง” วิธีใหม่ในการศึกษานี้จึงสามารถให้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับความคืบหน้าของปฏิกิริยาเคมีได้ Patrick Vaccaro นักเคมีกายภาพแห่งมหาวิทยาลัยเยลกล่าว วิธีการใหม่ใดๆ ที่เปิดเผยรายละเอียดเกี่ยวกับสถานะการเปลี่ยนแปลงสามารถ “ส่งผลต่อความเข้าใจพื้นฐานของเราเกี่ยวกับเคมี” เขากล่าว
คำถามหรือความคิดเห็นเกี่ยวกับบทควา
credit : simplyblackandwhite.net sjcluny.org sluttyfacebook.com societyofgentlemengamers.org stopcornyn.com
