Kimyasal Süreçleri Gerçekten Anlamak İçin Önemli Bir Adım

Küçük moleküllerin daha büyük bir molekülden oluştuğu sözde eliminasyon reaksiyonları, atmosfer kimyasından katalizör araştırmalarına kadar birçok kimyasal sürecin merkezinde yer alır. Ancak, birçok atomun bağlarını koparıp yeniden oluşturduğu birçok reaksiyonun ayrıntılı mekanizması genellikle belirsizliğini korur. Bunun nedeni: Bu süreçler inanılmaz derecede kısa sürelerde, femtosaniyeler veya saniyenin milyarda birinin birkaç milyonda biri kadar kısa bir sürede gerçekleşir.

Bu tür reaksiyon dinamiklerini görselleştirmek için Avrupa XFEL'deki SQS cihazında yenilikçi bir deneysel yaklaşım kullanıldı. Araştırmacılar, diiyodometan moleküllerini ultra kısa kızılötesi lazer darbeleriyle ışınladılar ve bu da moleküler reaksiyonları tetikledi. Femtosaniyeler sonra, yoğun X-ışını flaşları molekülleri parçalayarak atomik bileşenlerinin bir "Coulomb patlaması" ile dağılmasına neden oldu. İyonların yörüngeleri ve hızları daha sonra COLTRIMS reaksiyon mikroskobu (COLd Hedef Geri Tepme İyon Momentum Spektroskopisi) adı verilen bir algılama cihazı tarafından kaydedildi. Bu cihaz, SQS deney istasyonunda kullanıcılara sunulan algılama cihazlarından biridir.

Deneyin baş araştırmacısı, ABD'deki Kansas Eyalet Üniversitesi'nden Artem Rudenko, "Bu yöntemi kullanarak, metilen grubu koparılırken iyot atomlarının nasıl bir araya geldiğini hassas bir şekilde takip edebildik," diye açıklıyor. Analiz, iyot molekülünün oluşumuna hem eşzamanlı hem de eşzamansız mekanizmaların katkıda bulunduğunu ortaya koydu; bu sonuç teorik hesaplamalarla da desteklendi.

"Bu reaksiyon yolu, ortaya çıkan ürünlerin yalnızca yaklaşık yüzde onunu oluşturmasına rağmen, onu diğer rakip reaksiyonlardan net bir şekilde ayırt edebildik," diye açıklıyor Hamburg yakınlarındaki Schenefeld'de bulunan Avrupa XFEL'in SQS (Küçük Kuantum Sistemleri) cihazından Rebecca Boll. Bu, belirli iyon parçalanma kanallarının hassas seçimi ve bunların zaman-çözümlü analizi sayesinde mümkün oldu.

Dahası, araştırmacılar yeni oluşan iyot molekülünün titreşim hareketini izleyebildiler. Yayının ilk yazarı ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda bilim insanı olan Xiang Li, "Artık izole bir molekülün kimyasal bir reaksiyon sırasında nasıl kırılıp bağ oluşturduğunu daha doğrudan, gerçek zamanlı ve atomik hassasiyetle gözlemleyebiliyoruz," diyor. Bu, kimyasal süreçleri gerçekten anlama yolunda önemli bir adım. Bu gözlemler, reaksiyon mekanizmalarının ayrıntılı bir resmini sunmakla kalmıyor, aynı zamanda daha karmaşık kimyasal süreçleri araştırmak için yeni yollar da açıyor.

Gelecekte, bu teknikler daha büyük moleküllere ve daha karmaşık reaksiyonlara da genişletilecek. Avrupa XFEL X-ışını lazerinde planlanan teknik iyileştirmeler sayesinde, gelecekte ultra hızlı moleküler dinamikler dünyasına daha da hızlı ve ayrıntılı bakış açıları elde edilebilecek.

KAYNAK: https://www.chemeurope.com/en/news/1186876/how-molecules-break-and-form-bonds.html