"Unmöglich" Feat: Wissenschaftler messen Energie der Atome bei Reaktionen


Zum ersten Mal haben Wissenschaftler ein Kunststück, das lange für unmöglich gehalten erreicht – sie haben die Energie der Atome, die auftreten, wie chemische Reaktionen passiert sind unglaublich kurzlebige Vorkehrungen gemessen.

Diese Feststellung könnte dazu beitragen, Aufschluss über das genaue Innenleben der chemischen Reaktionen zu komplex, um mit anderen Methoden zu verstehen, sagte der Forscher.

Die chemischen Reaktionen verantwortlich für Leben, Tod und alles dazwischen sind Moleküle, die Umwandlung von einer Art zur anderen – im Wesentlichen aus Edukte zu Produkten. Wie chemische Reaktionen auftreten, sind flüchtig und instabil Arrangements von Atomen, bekannt als Übergang Zustände, als molekularen Bindungen brechen und Form zwischen Atomen vorhanden. [Verrückte Physik: die coolsten kleine Partikel in der Natur]

"Edukte und Produkte sind stabile Tälern auf beiden Seiten einer Bergkette und der Übergangszustand ist der Pass" Studie leitende Autor Joshua Baraban, körperlicher Chemiker an der University of Colorado at Boulder, sagte in einer Erklärung. "Weil sie nur existiert, wie Sie von einer Sache zur anderen zu gehen, ist nie wirklich von als etwas vermutet, dass Sie problemlos direkt studieren zu können."

Nun haben Wissenschaftler zum ersten Mal die Menge an Energie benötigt, um einen Übergang Zustand gemessen.

"Das ist etwas, dass, wenn Sie Menschen mit einem pH.d. in Chemie gefragt, sie, es sagen würde war nicht möglich zu tun," Baraban erzählte Leben Wissenschaft. "Es gibt Lehrbücher, die sagen, dass dies nicht möglich ist."

Die Forscher untersuchten eine Art der chemischen Reaktion als eine Isomerisierung, in denen ein Molekül eine Veränderung der Struktur erfährt bekannt. Sie konzentrierten sich auf ein Molekül, bekannt als Acetylen, bestehend aus zwei Kohlenstoffatome und zwei Wasserstoffatome.

Bei Acetylen Energie absorbiert, gibt es zwei Konformationen, die ihn annehmen kann, die durch die Vorstellung der Atome, wie Kugeln und die molekularen Bindungen verbinden die Atome als Sticks visualisiert werden können. In Acetylen die Kohlenstoff-Atome sind aneinander gebunden und bilden die Mitte des Moleküls; jedes Kohlenstoffatom hat ein Wasserstoffatom attached to it.

Eine Konformation hat eine Zick-Zack-Form, in denen ein der Wasserstoff Atom positioniert ist auf der einen Seite die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung, während der andere auf der anderen Seite die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung ist. Die andere Konformation ist geformt wie ein "U," mit beiden Wasserstoffatome auf der gleichen Seite des Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung.

Mit ein wenig Energie kann die Zick-Zack-Version des Acetylens die U-Form, werden die Forscher sagten. Ein Übergangszustand tritt dazwischen, wo man von den Wasserstoff-Atomen befindet sich nicht auf beiden Seiten des Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung, sondern stattdessen ist fast im Einklang mit ihr.

Die Forscher verwendeten Laser, um Veränderungen in Acetylen Schwingungen zu beobachten, wie die Forscher die Moleküle mehr Energie gegeben. Wenn bestimmte Niveaus von Energie erreicht wurden, in der Nähe die Muster von Schwingungen verändert in den Arten von Möglichkeiten erwartet der Übergangszustand, sagte der Forscher.

Diese Art der Änderung der Konformation ist auch ein wichtiger Bestandteil, wie das Auge funktioniert. "Wenn Licht das Auge eintritt, es bewirkt, dass diese Art der Veränderung sehen wir in Acetylen, die eine Kettenreaktion, die Informationen sendet beginnt, dass das Auge, ein Photon, das Gehirn gesehen hat," sagte Baraban.

Die Wissenschaftler zeigten auch, dass sie ihre Technik, genau vorherzusagen, die Struktur und die Energie der Übergangszustand zwischen Wasserstoffcyanid und Wasserstoff Isocyanide verwenden können. In Blausäure ist ein Wasserstoffatom an ein Kohlenstoffatom verbunden, die wiederum an ein Stickstoffatom gebunden ist. In Wasserstoff Isocyanide ist ein Wasserstoffatom, ein Stickstoffatom verbunden, die wiederum an ein Kohlenstoffatom gebunden ist. Der Übergangszustand zwischen dieser Moleküle hat ein Wasserstoffatom, ein Kohlenstoff-Atom und ein Stickstoffatom aneinander gebunden wie ein Dreieck.

Zukünftige Forschung mehr komplexe Reaktionen analysieren kann, wie diejenigen, wo zwei Moleküle zusammen kommen, oder ein Molekül in zwei, sagte der Wissenschaftler.

Baraban, zusammen mit leitender Autor der Studie Robert Field am MIT und Kollegen detailliert ihre Ergebnisse online-heute (10. Dezember) in der Fachzeitschrift Science.

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