الكيمياء المستحيلة: نفق الهروب الكمي

الفضاء بارد جداً لمعظم التفاعلات الكيميائية، على الرغم من ذلك فإن التفاعلات تحدث كلها بنفس الكيفية.

هل من الممكن أن تنشأ تلك التفاعلات الكيميائية تحت الأرض؟

تجد أن منشأ الجزيئات المعقدة وجدت في الفضاء على الرغم من البرودة الفائقة مثل البوليمرات إنه لغز محير. تستمر  معظم التفاعلات الكيميائية من خلال تكوين جزيئات وسيطة أو بينية ذات طاقة عالية، ثم تقوم بإعادة ترتيب نفسها إلى منتجات ذات طاقة أقل. تكون الطاقة عادة في صورة حرارة وهي ضرورية للتغلب على الحاجز المانع لإتمام التفاعل ما بين المتفاعلات أو المركبات الداخلة في التفاعل وذلك طبقاً لنظرية طاقة الحركة، معظم الجزيئات تتقابل مع بعضها البعض في صورة سحابة غازية وتكون في أبسط و أدق شكل لها.

جولدانسكي فيتالي (Vitali Goldanski): هو اسم الكيميائي السوفييتي الذي قام بتحدي هذه النظرية في عام 1970.

بينت تجاربه أنّ الجزيئات الداخلة في عمليات البلمرة ستحتفظ بتفاعلها حتى عند درجة تبريد مقداره 4 كلفن، وتعتبر تلك الدرجة هي أدفأ قليلاً من أبرد المناطق في الفضاء.  يعتبر جزيء الفورم ألدهيد هو المكون الشائع في السحابة الجزيئية حيث يمكن أن تتحد مئات الجزيئات معاً في سلاسل بوليميرية طويلة وبمساعدة ضئيلة من أشعة غاما أو عن طريق إلكترونات عالية الطاقة أو أي شيء من هذا القبيل عادة ما يكون ضمن هذا الفراغ المحيط بنا.

كيف يكون هذا ممكناً؟ جولدانيسكي تجادل في هذا الشأن بقوله أن الصورة التقليدية مفقودة باعتبارها عنصر مهم.

القواعد الكمية ألزمت بأنّ الجسيمات مثل الذرات والإلكترونات المتضمنة أو الداخلة في التفاعلات الكيميائية يمكن أن تعبر حواجز الطاقة حتى لو كانت الطاقة غير كافية باستخدام عملية تسمى نفقية. افترض جولدانسكي أن البيئة فائقة البرودة في الفضاء تحتفظ بالأشياء باستمرار ربما حيث أن البلورات الجزيئية تتجمع في صورة حبيبات غبارية واقعة ما بين النجوم مثل سيانيد الهيدروجين و الأمونيا والماء.

أبحاث جولدانسكي في ذلك الوقت كان فيه حب استطلاع، لكن مبدأ المساعدة الكمية هي حالياً مؤسسة جيداً.

التفاعلات البيولوجية

بعض من التفاعلات البيولوجية تحفزّ بواسطة الأنزيمات التي تعد أكثر كفاءة في تدعيمها عن التنبؤ بها بواسطة النظرية الحركية، أو الكيناماتية لأنها:

• تتضمن حركة أيونات الهيدروجين.
• و البروتونات المفردة .

وهي عرضة بشكل خاص لنظرية الكم النفقية.

مازالت الأمور تؤخذ بنوع من الاندهاش، ففي يونيو من العام الماضي قام ويزلي آلن ومساعديه من جامعة جورجيا بأثينا :

• باصطياد شق حر عالي الطاقة .

وهذا الجزيء يسمى ميثيل هيدروكسي كاربين موجود في مصفوفة خاملة من الأرغون المتصلد عند 11 كلفن؛ حيث يمتلك إلكترونات مفردة أو غير مزدوجة مما جعله عرضة للتفاعل بصورة اسرع على الرغم من أنه ليس من المفترض وجودها في درجات حرارة منخفضة.

ليس فقط الميثيل هيدروكسي كاربين هو الذي يتفاعل لكن أيضاً تتكون مركبات بطريقة خاطئة. يحدث للجزيء إعادة ترتيب لذراته،

• ليكون إما أسيت ألدهيد أو كحول  الفينيل، لكن الطاقة الحاجزة لتكوين كحول الفينيل أقل، لهذا المزيد من ذلك المنتج يمكن توقعه بديلاً.

اقترح آلن أنه على الرغم من:

• أن الحاجز لتكوين الاسيتالدهيد هو أعلى.

لكنه في نطاق ضيق يجعله أسهل من خلال النفقية . تلك النفقية يمكن أن تحدث خلال هذه الحواجز العالية. وقال آلن: “كان هذا بمثابة صدمة لحد كبير بالنسبة لمعظم  الكيميائيين”

يمكنك أيضًا الأطلاع على: الكيمياء الموجهة بالطاقة الشمسية

المصدر:

Impossible chemistry: Quantum escape tunnel. New Scientist. Retrieved April 28, 2019, from https://www.newscientist.com/article/mg21328481-600-impossible-chemistry-quantum-escape-tunnel/