Άρθρα

Τα άτομα είναι κοινώς γνωστά ως τα δομικά στοιχεία του κόσμου. Ωστόσο, η ικανότητα να είναι δυνατή η καταγραφή βίντεο ατομικής σύνδεσης φαίνεται σχεδόν αδύνατη. Σε μήκος μεταξύ 0,1 και 0,3 νανομέτρων , οι χημικοί δεσμοί είναι περίπου μισό εκατομμύριο φορές μικρότεροι από το πλάτος μιας ανθρώπινης τρίχας.

Μέχρι τώρα, οι ατομικοί δεσμοί παρουσιάζονταν σε αίθουσες διδασκαλίας και σε εργαστήρια χρησιμοποιώντας μοντέλα σφαιρών και ραβδίων . Ωστόσο, χάρη σε μια ερευνητική ομάδα από το Ηνωμένο Βασίλειο και τη Γερμανία, οι μαθητές θα μπορούν τώρα να δουν 18 δευτερόλεπτα από δύο άτομα ρηνίου (Re) που εκτελούν μια «χορογραφία δεσμού».

Όπως περιγράφεται στο περιοδικό Science Advances , οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Nottingham και του Πανεπιστημίου του Ulm παγίδευσαν το ζευγάρι των ατόμων ρηνίου σε ένα νανοσωλήνα άνθρακα - ένας κοίλος κύλινδρος άνθρακα με διάμετρο ένα νανόμετρο που λειτουργούσε ως «δοκιμαστικός σωλήνας» για τα άτομα.

Στη συνέχεια η ομάδα χρησιμοποίησε ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης (TEM – Transmission Electron Microscopy) για να παράγει μια «βιντεοταινία» των ατόμων. Στο TEM, μια δέσμη ηλεκτρονίων υψηλής ενέργειας εκτοξεύεται μέσα σε ένα υλικό και ανιχνεύεται στην άλλη πλευρά. Η δέσμη όχι μόνο απεικονίζει τη δραστηριότητα, αλλά μεταφέρει επίσης ενέργεια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να σπάσει τους χημικούς δεσμούς. Χρησιμοποιώντας εργαλεία από το πρόγραμμα SALVE, αυτή η τεχνική "δύο σε ένα" τους επέτρεψε να «κινηματογραφήσουν» τα συνδεδεμένα άτομα του ρηνίου (Re2) «περπατώντας» κατά μήκος του νανοσωλήνα.

Ο δόκτωρ Kecheng Cao, βοηθός έρευνας στο πανεπιστήμιο του Ulm, δήλωσε: «Είναι σημαντικό ότι καθώς το Re2 μετακινείται προς τα κάτω στον νανοσωλήνα, το μήκος του δεσμού αλλάζει, δείχνοντας ότι ο δεσμός γίνεται ισχυρότερος ή ασθενέστερος ανάλογα με το περιβάλλον γύρω από τα άτομα».

Στην πραγματικότητα, σε ένα σημείο , καθώς το μήκος του δεσμού τεντώνεται σε ένα μέγεθος μεγαλύτερο από τα ίδια τα άτομα, ο δεσμός σπάει. Τα άτομα στη συνέχεια μετατρέπονται ως μόριο Re2 αργότερα στο φιλμ.

«Επειδή το ρήνιο έχει υψηλό ατομικό αριθμό, είναι πιο εύκολο να το δούμε σε TEM από τα ελαφρύτερα στοιχεία, επιτρέποντάς μας να αναγνωρίσουμε κάθε μεταλλικό άτομο ως σκοτεινή κουκίδα», εξήγησε ο συναρχηγός του έργου καθηγητής Andrei Khlobystov, από τη Σχολή Χημείας του Πανεπιστημίου του Νότινγκαμ.

Η κατανόηση του δεσμού μεταξύ των ατόμων μετάλλων, όπως το ρήνιο, είναι καθοριστική για τον χαρακτηρισμό των ιδιοτήτων ενός υλικού. Η απεικόνιση ατόμων, όπως έκανε αυτή η ομάδα, θα δώσει μια ώθηση προς τα εμπρός με αυτόν τον τρόπο. Όπως δήλωσε ο Andrei Khlobystov: «Τώρα σπρώχνουμε τα όρια της απεικόνισης μορίων πέρα από την απλή δομική ανάλυση στην κατανόηση της δυναμικής των μεμονωμένων μορίων σε πραγματικό χρόνο».

Περισσότερα στο: https://advances.sciencemag.org/content/6/3/eaay5849