מחקר ב-Science מראה כי חוזק הקשר בין מולקולה למשטח פלטינה תלוי לא רק באטומים הקרובים אליה, אלא במבנה המשטח עד כ-10 ננומטרים ממנה. לממצא עשויה להיות משמעות לתכנון זרזים.
זרזים ממתכת נמצאים בלב התעשייה הכימית. הם מאיצים תגובות על פני המשטח שלהם. לכן כימאים רוצים לדעת מה קובע את חוזקו של קשר כימי על משטח מתכת. מחקר חדש מראה שהתשובה רחבה מהצפוי. לפי הממצאים, הקשר מושפע ממבנה המשטח גם במרחק של כ-10 ננומטרים מהמולקולה. המחקר ראה אור ב-29 באוקטובר 2026 בכתב העת Science.
סרגל בגודל אטומים
את המחקר הוביל פלוריאן ניץ (Florian Nitz), דוקטורנט באוניברסיטת גטינגן. במחקר השתתפו מכון מקס פלנק למדעים רב־תחומיים (MPI-NAT) בגטינגן והמרכז לננו־מדע קוונטי (QNS) של המכון למדע בסיסי (IBS) בסיאול. דמיטרי בורודין (Dmitriy Borodin) פיתח את שיטות המדידה בדוקטורט שלו ב-MPI-NAT.
החוקרים השתמשו במשטחי פלטינה עם "מדרגות" אטומיות במרווחים קבועים. מולקולות נקשרות בחוזק רב במיוחד למדרגות כאלה. הצוות הכין משטחים עם מרווחים שונים בין מדרגות שכנות. כך הסריג של הפלטינה שימש סרגל בקנה מידה אטומי.
בהמשך, החוקרים מדדו את אנרגיית הקישור של שלוש מולקולות: אמוניה, פחמן חד־חמצני וחנקן חד־חמצני. הם השתמשו בשיטה שמודדת כמה מהר המולקולות עוזבות את המשטח. מהקצב הזה אפשר לחשב את חוזק הקשר. לבסוף, הם השוו את הפלטינה לפלדיום.
קשר כימי על משטח מתכת: השפעה מרחוק
התוצאות הפתיעו. שינוי במיקום של מדרגה רחוקה שינה את חוזק הקשר במדרגה אחרת. ההשפעה הורגשה עד כ-10 ננומטרים, ואנרגיית הקישור השתנתה בעד 0.2 אלקטרון־וולט. כלומר, הקשר מתפרס הרבה מעבר לאטומים שסביב המולקולה.
ההשפעה גם תלויה בסוג המולקולה. אצל אמוניה טווח ההשפעה האופייני היה כ-7 ננומטרים. אצל פחמן חד־חמצני הוא היה כ-6 ננומטרים, ואצל חנקן חד־חמצני כ-4 ננומטרים. לעומת זאת, על פלדיום ההשפעה ארוכת הטווח הייתה חלשה בהרבה.
כדי להסביר את הממצאים, ניץ פיתח מודל חדש. המודל משלב כימיה של אורביטלים מולקולריים עם תורת הפסים של מוצקים. לפיו, כל מולקולה מתחברת למצבים אלקטרוניים שונים במתכת. משום כך טווח ההשפעה משתנה ממולקולה למולקולה. בפלדיום המצבים האלקטרוניים מתפרסים פחות דרך המתכת, ולכן ההשפעה חלשה יותר.
מה זה אומר על זרזים
ננו־חלקיקים של פלטינה בזרזים תעשייתיים רחבים לעתים קרובות כמה ננומטרים בלבד. לכן, לפי החוקרים, חלק גדול ממבנה החלקיק עשוי להשפיע על מולקולה שנקשרת אליו. החוקרים מסיקים כי מודלים שמתבססים רק על הסידור המקומי של האטומים עלולים להיות חלקיים במתכות כאלה. עם זאת, המדידות נעשו על משטחים מהונדסים ולא על חלקיקי זרז אמיתיים.
שאלות ותשובות
מהו ננומטר?
מיליארדית המטר. מרחק של 10 ננומטרים שווה לעשרות אטומים זה לצד זה.
למה בחרו בפלטינה?
פלטינה היא זרז נפוץ בתעשייה, ומולקולות רבות נקשרות אליה בחוזק במדרגות שעל פני המשטח.
האם הממצא תקף לכל המתכות?
לא בהכרח. על פלדיום ההשפעה ארוכת הטווח הייתה חלשה בהרבה.
המאמר המדעי
The delocalized nature of chemical bonding at a catalytic metal surface – Science, 29.10.2026
מקור: המכון למדע בסיסי (IBS), דרום קוריאה
עוד בנושא באתר הידען
- תהליכים כימיים בעזרת זרזים "ירוקים"
- זרז ירוק: פריצת דרך בכימיה בת־קיימא
- פרס וולף בכימיה לשנת 2025
- מפתח זרזים לייצור אנרגיה נקייה
