يقول فريق دولي من العلماء، بأنه استطاع قياس الحالات الانتقالية عندما قامت الذرات المفردة بتشكيل رابطة كيميائية. باستخدام منبع مترابط للضوء LCLS، ليزر الأشعة السينية للإلكترون الحر، في Menlo Park-California. تم توثيق تفاعل جزيئات أحادي أوكسيد الكربون، مع ذرات الأوكسيجين على سطح من حفاز الروتينيوم ضمن فترات زمنية ممتدة. “من أجل جعل البحث في الخطوات الأساسية للتفاعلات ممكنة والتي تسمح بإيجاد أنماط جديدة في الكيمياء، بشكل خاص الحفازات” هذا ما قاله آندرز نيلسون Anders Nilsson، من جامعة ستانفورد Stanford University.
لم يقم فريق نيلسون بتجميع صور مرئية مباشرة، بل قاموا بتجميع البيانات من امتصاصيات طيوف الأشعة السينية والتي تعد ذات أهمية كبيرة للكيميائيين. قاموا بتسليط الأشعة السينية على الجزيئات والذرات الممتزة على سطح ضمن غرفة مخلاة من الهواء. عن طريق التقاط جزء من طاقة الأشعة السينية المبعثرة، يستطيع العلماء معرفة كيفية تغير البنية الالكترونية لكل ذرة ممتزة على السطح وذلك مع تقدم التفاعل.
درس العلماء أحادي أوكسيد الكربون على سطح الروتينيوم، ويحدث هذا التفاعل يومياً في عوادم وسائل النقل التي يركب فيها المحولات الحفزية، وتم اختيار هذا التفاعل كونه لا توجد معلومات كافية عن هذا التفاعل. يعرف العلماء أنه يمكن لليزرات الضوئية أن تباشر بهذا التفاعل ضمن مجال البيكوثانية (10-12 من الثانية). تسمح نبضات الأشعة السينية المولدة باستخدام هذا المنبع، بدراسة هذه العملية كون هذه النبضات أقصر من زمن التفاعل بعشرات المرات، والذي يبلغ 80 فمتوثانية femoseconds. كما تسمح بتغيير التأخر ما بين النبضات الضوئية ونبضات الأشعة السينية، استطاع العلماء تجميع لقطات من أجل إعادة تجميعها لاحقاً مثل لقطات الرسوم المتحركة.
يظهر البناء الذي قام به العلماء، بدء ذرات الأوكسيجين بالتحرك فوراً، وتتبعها جزيئة أحادي أوكسيد الكربون بعد حوالي 550 فمتوثانية. خلال 1 بيكوثانية، تصطدم حوالي 10% من جزيئات أحادي أوكسيد الكربون مع ذرات الأوكسيجين وتشكل الحالة الانتقالية. لكن معظم تشكيلات الحالات الانتقالية تتفكك وتعود لتشكل المكونات الأصلية.
يسمي كريستيان بريسلر Christian Bressler، من المؤسسة الاوربية للأشعة السينية للالكترون الحر XFEL، هامبورغ، ألمانيا، هذه التجربة بأنّها “قطعة جميلة من العمل التجريبي المضني” والذي يحقق “دقة حقيقية في مجال الفمتوثانية”.
يقول بريسلر أنّ “تسجيل المعلومات بهذه الطريقة من السطوح هو أصلاً مطلوب، لكن دون كاتبو البحث أنّ التسلسل الزمني ضمن البيكوثانية الأولى”.
يشير نيسلون أنّ هذه التجربة لم تكن لتصبح ممكنة لولا استخدام ليزرات الأشعة السينية مثل LCLS، والتي تم افتتاحها سنة 2009، يضيف بأنه حتى دراسة هذا النظام المعروف جيداً قد استلزم تحضيرات طويلة من عدة مجموعات بحثية من الولايات المتحدة الأمريكية، إنكلترة، السويد وألمانيا. يدفع هذا النوع من العمل بالكيمياء الفيزيائية إلى حيث “كيف يتعامل الناس مع فيزياء الجسيمات”.
المصدر:
Team uses X-ray laser to watch electrons travel across molecule. (March 05, 2015). European XFEL. Retrieved March 6, 2015, from http://www.xfel.eu/news/2015/team_uses_x_ray_laser_to_watch_electrons_travel_across_molecule/
X-ray laser snaps first bond-forming transition state. (February 13, 2015). Chemistry World. Retrieved March 6, 2015, from http://www.rsc.org/chemistryworld/2015/02/x-ray-laser-snaps-first-bond-forming-transition-state
