Chemie, to jsou chemické reakce, věčné vznikání a také zanikání chemických vazeb mezi atomy a molekulami. Právě na pochopení mechanismu vzniku a zániku chemických vazeb záleží, jak dopadnou naše snahy o zdokonalení výroby energie, elektroniky nebo třeba potravin. Není to ale vůbec snadné. Pro chemiky je zachycení samotného počátku vzniku chemické vazby něco jako svatý grál, o němž se až doposud vědci domnívali, že je nedosažitelný. Jde o to, že v přechodném stavu, který je předehrou ke vzniku chemické vazby, se v každém okamžiku nachází jen hrstka molekul. Teď ale podle všeho došlo k průlomu.

 

Postaral se o to Anders Nillson z americké národní laboratoře SLAC National Accelerator Laboratory a také Stockholmské univerzity s početným týmem spolupracovníků, o jejichž výzkumu se píše na webových stránkách časopisu Science. Vědci využili služeb femtosekundového rentgenového laseru na pracovišti SLAC Linac Coherent Light Source (LCLS). Impulsy takového laseru jsou natolik krátké, že umožňují snímat jednotlivé molekuly a atomy a zároveň natolik rychlé, že je s nimi možné pozorovat chemické reakce v tak krátkých časových řezech, jak to zatím ještě nikdy nebylo možné.

 

Nillsonův tým analyzoval tu stejnou reakci, která neutralizuje obávaný oxid uhelnatý CO z automobilových výfuků v katalyzátoru výfukových plynů. K reakci dochází na katalytické vrstvě uvnitř katalyzátoru, která vychytává molekuly oxidu uhelnatého a atomy kyslíku. Pak mezi snadněji dochází ke kýžené chemické reakci, při které vzniká oxid uhličitý. Vědci ve SLAC umístili molekuly CO a atomy kyslíku na katalyzátor z ruthenia (Ru) a chemickou reakci mezi nimi odstartovali výstřelem z optického laseru. Puls zahřál katalyzátor na zhruba 1 700 stupňů Celsia a vědci pak mohli pozorovat počátek vzniku chemické vazby mezi oxidem uhelnatým a kyslíkem prostřednictvím pulsů femtosekundového rentgenového laseru. Díky tomuto laseru bylo možné zachytit pouhé femtosekundy trvající změny v uspořádání elektronů atomů, mezi nimiž se začala vytvářet chemická vazba.

 

Fascinovaní Nillsen a jeho spolupracovníci sledovali, jak se nejprve aktivuje atom kyslíku a o naprosto nepatrnou chvíli později i molekula oxidu uhelnatého. Rozvibrovaly se, začaly se přibližovat a jejich elektrony spustily námluvy. Nillsenův tým zvládl analyzovat počátek vzniku chemické vazby mezi kyslíkem a oxidem uhelnatým a teď si brousí drápy na další katalyzované reakce, které jsou klíčové pro výrobu významných chemikálií. Na jejich výsledky se velice těší vývojáři nových typů katalyzátorů, s nimiž bychom mohli dokázat nevídané věci.

 

Video:  Scientists Get First Glimpse of a Chemical Bond Being Born. Kredit: SLAC National Accelerator Laboratory.

 

 

Literatura

SLAC National Accelerator Laboratory 12. 2. 2015, Science online 12. 2. 2015.