První zřetelné snímky molekuly během chemické reakce  
Vývoj nanostruktur z grafenu za asistence nekontaktní mikroskopie atomárních sil neplánovaně přinesl úchvatné obrázky organických molekul. Jako kdyby ožila učebnice organické chemie.

 

Zvětšit obrázek
Výchozí organická molekula s 26 uhlíky a 14 vodíky. Kredit: LBNL, UC Berkeley.


Asi nikdo z nás ještě nedržel v ruce molekulu a neviděl na vlastní oči, jak se taková molekula mění při chemické reakci. Přesto obvykle věříme, že molekuly existují a že podstupují chemické reakce. Ať už je to kvůli jiskřivému intelektu anebo intenzivní propagandě během školní docházky, nemíváme s molekulami problém. Co kdy by se nám ale naskytla příležitost prohlédnout si je přímo v akci?

 

Felix Fisher. Kredit: UC Berkeley.

Když se Felix Fisher z oddělení vědy o materiálech Lawrence Berkeley National Laboratory a také Kalifornské univerzity v Berkeley pustil do vývoje nanostruktur z grafenu, určitě netušil, že jako bonus získá luxusní snímky jednotlivých molekul, na nichž je parádně vidět jejich struktura z atomů. Na vědě jsou ale krásné právě takové šťastné náhody. Tentokrát se to Fisherovi a jeho kolegům poštěstilo, když pracovali s mikroskopem atomárních sil. To je sice výjimečně citlivý přístroj, ale i tak byli badatelé ohromeni, když zjistili, co jim mikroskop atomárních sil ukázal. A vzápětí následovaly globální ovace. Vůbec poprvé se jim totiž povedlo nafotit jednotlivé molekuly před a také po složité organické reakci.

 

Nanostruktury z grafenu mají podle všeho zářnou budoucnost v mikroelektronických zařízeních. Musíme ale zprovoznit technologie jejich masové produkce, což není úplně snadné. Fisher a spol. vytvářejí grafenové nanostruktury technikou zdola nahoru, tedy od jednotlivých molekul, při které přeměňují lineární řetězce uhlíků na pláty z polyaromatických uhlovodíků, pokud možno za perfektně kontrolovaných podmínek. Badatelé začali se třemi benzenovými jádry propojenými skrze atomy uhlíku. Tyto molekuly umístili na podklad ze stříbra a pak je zahřívali. Probíhající reakce se přitom snažili sledovat pomocí mikroskopů.

 

Zvětšit obrázek
Princip nekontaktní mikroskopie atomárních sil. Kredit: LBNL, UC Berkeley.

 

Zvětšit obrázek
Porovnání řádkovací tunelové mikroskopie (nahoře) a k nekontaktní mikroskopii atomárních sil (uprostřed). Kredit: LBNL, UC Berkeley.

Nejprve použili řádkovací tunelový mikroskop (STM), jeho rozlišení ale neposkytlo potřebné detaily. Badatelé se pak uchýlili k nekontaktní mikroskopii atomárních sil (nc-AFM), při níž vzniká snímek díky ostrému hrotu, který se pohybuje těsně u analyzovaného povrchu. Na špičce tohoto hrotu sedí jediná molekula oxidu uhelnatého, jehož kyslíkový atom hraje roli detekční sondy. Metoda zobrazení je vlastně podobná tunelové mikroskopii, jen k detekci neslouží elektrický proud, ale přitažlivost mezi atomy. Podle Fishera funguje tak, jako bychom si četli prstem Braillovo písmo. Jak se úžasně citlivý prst mikroskopu atomárních sil pohybuje nad pozorovaným povrchem, vnímá nejen jednotlivé atomy v molekule, ale také chemické vazby, které mezi nimi vytvářejí hbité elektrony.

 

Snímky Fisherova týmu jsou naprosto fascinující. Intenzivně připomínají všudypřítomné malůvky organických sloučenin, ovšem s tím, že tyhle obrázky jsou skutečné. Kromě hlubokého zážitku jim ale poskytly i pozoruhodné informace k jejich výzkumu. Chemická reakce, kterou testovali, může vytvořit zhruba tucet různých produktů. Fisher a spol. ze svých snímků rychle zjistili, že kupodivu nevznikají produkty, které původně považovali za nejpravděpodobnější. Smutní z toho ale určitě nejsou. Se svými revolučními snímky již prorazili do hyper prestižního časopisu Science a před sebou již tuší další veliké objevy.


 


Literatura

Lawrence Berkeley National Laboratory News 30.5. 2013, Science Express 30.5. 2013, Wikipedia (Atomic force microscopy).

Datum: 03.06.2013 18:24
Tisk článku

Chemie pro každého Rychlokurz chemie - Dvořáčková Svatava
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 189 Kč
cena: 164 Kč
Chemie pro každého Rychlokurz chemie
Dvořáčková Svatava

Diskuze:

neuvěřitelné

frk  ,2016-07-27 12:19:43

oko nejednoho organického chemika zůstalo při pohledu na ty fotografie suché.. ;-|

Odpovědět

mikroskopie

Matyáš Patlevič,2013-06-10 22:15:57

A co je podle vás optická mikroskopie? :-) těžko lze brát odraz nehmotného fotonu jako kontakt...

Odpovědět

nekontaktní mikroskopie

Dudo Dudo,2013-06-06 18:55:51

nekontaktna mikroskopia neexistuje, to je fyzikalne nemozne

Odpovědět

Jakub Rint,2013-06-04 23:25:12

Koukal jsem na to s otevřenou pusou, nádhera !

Odpovědět

Dvema slovy : Klamava reklama.

Josef Hrncirik,2013-06-04 07:34:02

Urcite to neni behem reakce, ale je to jen snimek vhodneho velkeho zmrazeneho produktu.

Odpovědět

Film z AFM

Jan Špaček,2013-06-03 22:05:04

Atomy se nedají jenom pozorovat, ale dá se s nimi i úspěšně manipulovat:
http://www.youtube.com/watch?v=oSCX78-8-q0

Odpovědět

Jan Špaček,2013-06-03 22:03:51

Odpovědět

Jedním slovem:

Slaviboj Ošćěpić,2013-06-03 21:50:56

nádhera.

Odpovědět


Re:

Vít Výmola,2013-06-03 22:47:00

Přesně tak. Nebo možná ještě: "fascinující!"

Odpovědět

aromaticka tj. planarni molekula C24 je tak silne

Josef Hrncirik,2013-06-03 21:48:35

sorbovana na povrch zejmena Ag, ze je i pri mirne zvysene teplote nepohybliva. Jinak by neslo snimek sejmout. Snimani je relativne pomale. Zajimave je, ze na atomech se neprojevuje "vlnova rozmazanost".

Odpovědět

Hezké

Martin Plec,2013-06-03 20:59:07

Jako naprostý laik v této oblasti jsem si však vždy představoval, že svět molekul a atomů je strašně dynamický a že se v něm vše strašně rychle proměňuje. Že např. než proměřím jednu velkou molekulu od jejího začátku k jejímu konci, tak ten konec kus odputuje nebo se nějak natočí, což znemožní získat statický snímek celé molekuly.

A teď nám obrázky z atomového mikroskopu ukazují, jak všechny atomy sedí hezky na místě jako by tam byly přišpendleny nebo byly spojeny pomocí drátků. Tomu nerozumím.

Odpovědět


Bolo to snímané pri cca 4 K.

Rudolf Dovičín2,2013-06-03 22:22:36

http://ScienceDaily.com/releases/2013/05/130530142007.htm

Odpovědět


Jojo

Martin Plec,2013-06-03 23:17:32

Napřed to ochladili na 4K, pak zahřáli, aby proběhla reakce, a pak zase ochladili.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace