مراقبة تفاعل كيميائي وبدقة عالية

منذ ظهور علم الكيمياء، كان الكيميائيون يحلمون بمراقبة عملية تكسير روابط الجزيئات و إعادة تشكيلها، أي مراقبة التفاعل الكيميائي، لكن تعذر عليهم ذلك لعدم وجود التقانات اللازمة، فاكتفوا بافتراض آليات حدوث التفاعل، و ذلك اعتمادا على المواد المتفاعلة و المواد الناتجة.
مراقبة تفاعل كيميائي بدقة عالية
Credit: Lawrence Berkeley National Laboratory and University of California at Berkeley.
استطاع العلماء على مدى السنين الحصول على صور نمذجية للمركبات الكيميائية وشكل الروابط فيها، لكن بقي حلم مراقبة التفاعل هو الأهم.
الآن، استطاع فيليكس فيشر Felix Fischer وزملائه من مخبر بيركلي Berkley Laboratory /أمريكا، بتحويل السلاسل الخطية للكربون إلى غرافين Graphene، وقرروا مراقبة سير التفاعل، باستخدام مجهر المسح النفقي STM، لكن لم تكن الصور بتلك الدقة المطلوبة.
قرر الفريق استخدام مجهر القوى الذرية غير المتصل nc-AFM، حيث يكون مسبار السطح إبرة حادة معلق عليها جزيئة أحادي اوكسيد الكربون. ترتد الإبرة ميكانيكيا عند وجود قوى الكترونية قريبة جدا من العينة المدروسة، وهي مشابهة لعمل إبرة جهاز الاسطوانات الموسيقية القديمة phonograph عند تحركها ضمن الأخاديد.
يقول فيشر: “تمتز جزيئة أوكسيد الكربون على رأس إبرة المجهر، حيث تترك ذرة أوكسيجين كمسبار. إنّ تحريك الاصبع الذري ذهاباً و إياباً على السطح هو كطريقة قراءة المكفوفين، كما لو كنا نشعر بالمطبات الصغيرة التي سببها الذرات.”
إنّ حركة الإصبع الذري لا تتحسس الذرات المفردة، لكن أيضا قوى الروابط المتشكلة من الالكترونات المتبادلة بين الذرات.
أعطى مجهر القوى الذرية تأكيد بصري للآليات، التي تكمن وراء تفاعلات الكيمياء العضوية، وقد عززت النتائج غير المتوقعة قوة استخدام طرق لبناء أجهزة الكترونية نانوية من الأسفل للأعلى.