دانشمندان چینی واکنش‌های شیمیایی در سطح اتم را دستکاری کردند

یک گروه از دانشمندان چینی به نقطه عطفی در تحقیقات شیمی دست یافتند و اولین دانشمندانی بودند که واکنش‌های شیمیایی را در سطح اتمی کنترل کردند.

این محققان که یافته‌هایشان در روز ۱۲ ژانویه در مجله «ساینس» (Science) منتشر شد، گفتند که این روش به آن‌ها اجازه می‌دهد تا واکنش‌های اتم هیدروژن را با دقت بی‌سابقه‌ای دستکاری کنند، که در نهایت می‌تواند منجر به تولید موثرتر مواد شیمیایی شود.

این تحقیق توسط یانگ شومینگ (Yang Xueming) و ژانگ دونگهوی (Zhang Donghui) از موسسه فیزیک شیمی دالیان (Dalian) در شمال شرقی استان لیائونینگ (Liaoning) رهبری شد.

یانگ و ژانگ هر دو از اعضای آکادمی معتبر علوم چین هستند.

این تیم از یک پرتو لیزر برای کنترل جهت‌گیری مولکول‌های هیدروژن-دوتریوم (HD) استفاده کردند.

در واکنش‌های شیمیایی، ذرات میکروسکوپی با یکدیگر برخورد می‌کنند و ساختار‌های جدیدی را تشکیل می‌دهند. جهت‌گیری ذرات در حال برخورد تاثیر زیادی بر نتیجه واکنش شیمیایی دارد.

هنگامی که یک اتم هیدروژن به سر یا ته یک مولکول هیدروژن-دوتریوم که ظاهری دمبلی شکل دارد، برخورد می‌کند، سه برابر بیشتر از زمانی که به وسط این مولکول دمبلی برخورد می‌کند، مولکول هیدروژن تولید می‌شود.

برای دهه‌ها، مهندسان شیمی واکنش‌ها را با افزودن کاتالیزور‌ها و تغییر دما یا فشار تنظیم می‌کردند تا به نتایج مطلوب دست یابند و اقلامی از دارو و لوازم آرایشی گرفته تا لاستیک تولید کنند، اما از آنجایی که دانشمندان به دنبال کنترل واکنش‌ها در سطح میکروسکوپی بودند، این روش‌های سنتی شکست می‌خوردند.

دانشمندان سال‌های زیادی را صرف بهبود درک خود از واکنش‌های شیمیایی در مقیاس اتمی و مولکولی کرده‌اند و ابزار‌های جدیدی برای کنترل این واکنش‌ها ارائه کرده‌اند.

آزمایش تیم دالیان که از ساده‌ترین مولکول‌های موجود در طبیعت استفاده می‌کند، نقطه شروعی برای کنترل انواع پیچیده‌تر و پویاتر واکنش‌های شیمیایی است.

شیائو چونلی (Xiao Chunlei)، یکی از نویسندگان این مقاله، گفت: این کار خلاصه‌ی بهبود یافته‌ای از کار ما طی ۲۰ سال اخیر است.

در سال ۲۰۰۶، این تیم شروع به جستجوی روشی برای تشخیص نتایج آزمایش‌های انجام شده در مقیاس اتمی کرد. آن‌ها در نهایت چیزی را اختراع کردند که آن را «روش تشخیص رایدبرگ» برای اندازه‌گیری حرکت اتم‌ها می‌نامیدند.

شیائو گفت: این اولین مرحله از تحقیقات ما بود، که در آن کار ما منفعلانه به نظر می‌رسید، زیرا ما فقط می‌توانستیم وضعیت واکنش دهنده‌ها را مشاهده کنیم، اما کنترل آن‌ها ممکن نبود.

در سال ۲۰۱۳، این تیم شروع به آزمایش کنترل فرآیند واکنش با استفاده از لیزر کرد.

آن‌ها اکنون قادرند با تغییر جهت میدان الکتریکی لیزر، جهت‌گیری مولکول‌های واکنش‌دهنده را به طور دقیق کنترل کنند.

به گفته این تیم، این تحقیق ثابت می‌کند که جهت‌گیری مولکول‌ها و اتم‌ها تاثیر قابل توجهی بر واکنش‌های شیمیایی اساسی دارد و نمونه‌ای برای آزمایش‌های آینده خواهد بود.

این کار یک مبنای نظری مبتنی بر مکانیک کوانتوم ارائه می‌کند. شیائو می‌گوید در آینده ممکن است اتم‌های بزرگ‌تر و سنگین‌تری مانند فلوئور یا کلر را وارد تحقیقات خود کنیم.