ملخصات الأبحاث

مخطط تمثيلي لنشوء الاهتزازات الجزيئية الوسيطة في تشكيل الروابط الكيميائية

.J. Kim et al
  • Published online:

إنّ الدراسات الأساسية للتفاعلات الكيميائية كثيرًا ما تضع بعين الاعتبار الديناميكيات الجزيئية على امتداد إحداثي التفاعل، وذلك باستخدام سطح طاقة وضْع محدد، سواء أكان محسوب القيمة، أم مقترحًا، لكنْ من ناحية أخرى، فإن وضع مخطط تمثيلي شامل لهذه الديناميكيات الجزيئية تجريبيًّا من خلال رصد جميع الحركات التي تتم على مستوى النوى باستبانة زمانية –أو بعبارة أخرى، رصد ما يُعرف بحركات الحِزم الموجية– يمثل تحديًا صعبًا، تعذَّر إلى الآن اجتيازه، حتى فيما يتعلق بالتفاعل النمطي البسيط بين جزيئين، الذي يُمثَّل بالمعادلة:

أ – ب + ج ← أ + ب –ج.

وفي هذا البحث المنشور، يرصد الباحثون مسارات هذه الحزم الموجية الاهتزازية أثناء تشكّل الروابط الكيميائية المُستحث ضوئيًّا في مركب الذهب ثلاثي المونمرات [Au(CN)2-]3، الموجود في محلول مونومرات مائي، باستخدام تقنية تصوير السوائل بالأشعة السينية القائمة على وحدات الفيمتو ثانية، وذلك عن طريق ليزر أشعة سينية حر الإلكترونات. وفي هذا المركب، الذي يتشكَّل عندما تتجمّع ثلاثة مونومرات، هي: أ، وب، وج مع بعضها البعض -عبر تفاعلات غير تساهمية- تكون المسافة بين أ، وب أقصر من المسافة بين ب، و ج.

ويكشف لنا تَتبُّع الحزم الموجية في الإحداثيات النووية ثلاثية الأبعاد أنه خلال الستين فيمتوثانية الأولى بعد الاستثارة الضوئية، تتكون رابطة تساهمية بين أ، و ب؛ لتنتج أ – ب + ج. وبعد ذلك، تتكون الرابطة التساهمية الثانية بين ب، وج خلال 360 فيمتوثانية؛ لتنتج مركبًا خطيًّا ذا ثلاثة مونومرات مقترنة بروابط تساهمية، هو: أ – ب – ج. ويُظهِر هذا المركب ثلاثي المونمرات اهتزازات متناغمة، يمكن للباحثين وضع مخطط تمثيلي لها، وتصنيفها –بدون لبس– تحت أنماط محددة، وذلك باستخدام البيانات التجريبية فحسب.

ومن حيث المبدأ، فإن الأشعة السينية الأكثر كثافة قد لا تنجح فقط في تكوين صورة عن حركة الذرات التي تتسم بقدرة تشتيت عالية، مثل ذرات الذهب، بل بإمكانها أيضًا تصوير حركة ذرات أخف وزنًا، مثل ذرات الكربون والنيتروجين، وهو ما سيفتح الباب أمام عمليات الرصد المباشرة التي تستهدف تتبع الحركات الذرية، التي تلعب دورًا في الكثير من التفاعلات الكيميائية.