צוות מדענים מאוניברסיטת Georgia ועוד שתי אוניברסיטאות אירופיות סנתזו ואפיינו, לראשונה, תרכובת-אב חמקמקה של משפחת חומרים חשובה ביותר
צוות מדענים מאוניברסיטת ג'ורג'יה בארה”ב ושתי אוניברסיטאות אירופיות סנתזו ואפיינו, לראשונה, תרכובת-אב חמקמקה של משפחת חומרים חשובה ביותר.
התגלית, שדווחה לאחרונה בכתב-העת Nature קשורה ללכידתו של החומר קַרְבֶּן-הידרוקסימתילן (carbene hydroxymethylene, HCOH) במטריצה של ארגון בטמפרטורה הגבוהה מהאפס המוחלט רק באחת-עשרה מעלות בלבד. במצב זה צפו החוקרים בשינויו של החומר תוך זמן של מספר שעות אחדות לחומר פורמאלדהיד בתהליך הדומה לדעיכה רדיואקטיבית של גרעין האטום. למרות שכימאים חזו מזה שנים אחדות כי החומר אמור להיות מבודד,
זוהי הפעם הראשונה שהדבר הוכח הלכה למעשה. הישג זה מספק הבנה טובה יותר בדבר התנהגותן של משפחת תרכובות החשובות ביותר לכימיה האורגנית והאורגנו-מתכתית. “הצלחנו להוכיח, לראשונה, התאמה מושלמת בין תצפיות ניסיוניות לבין תחזיות תיאורטיות עבור תרכובת מסוימת זו,” מסביר הכימאי Wesley Allen, “ושיטה זו יכולה להועיל גם עבור תרכובות חמקמקות אחרות.”
בעוד שבידודה של התרכובת בפני עצמה חשוב, הייתה מעניינת גם התגלית הבלתי-צפויה של הצוות כי תרכובת הקרבן דועכת לתרכובת הפורמאלדהיד קרוב לאפס המוחלט באמצעות “מִנְהוּר קוונטי” (“quantum tunneling”), אחד מההיבטים המסתוריים ביותר בתיאורית הקוונטים. במנהור קוונטי, חלקיק עובר מחסום אשר בתנאים רגילים הינו בלתי-עביר. “מנהור מסוג זה מתרחש תדיר עם אלקטרונים בשל משקלם הקל,” אומר החוקר, “אך כדי שהדבר יתרחש עבור חלקיקים כבדים יותר כגון אטומי מימן, המחסומים חייבים להיות הרבה יותר נמוכים. במקרה הזה, תרכובת הקרבן עוברת מנהור דרך מחסום גבוה ביותר, אולי הדוגמא המרתקת ביותר לתהליך כזה בכימיה.”
הסיבה שבגינה הצוות בחן את התרכובת המסוימת הזו טמונה במיזם של נאס”א – מדענים בסוכנות החלל רצו לדעת האם התרכובת החמקמקה הזו קיימת בחלל אולם לפני זה היו צריכים לדעת כיצד היא נראית. לרוע המזל, אף אחד לא הצליח לבודד ולאפיין אותה עד המחקר הנוכחי. החוקר ועמיתיו, אשר הינם כימאים תיאורטיים – החוקרים כימיה באמצעות חישובים מתקדמים המבוססים על חוקי הפיסיקה – אומרים כעת כי הימצאותה של תרכובת זו בחלל בלתי-סבירה לחלוטין. “אחד מהחלקים המתגמלים ביותר במחקרנו הוא בעובדה כי הצלחנו להכין תחזיות מדויקות לחתימתו של החומר עוד לפני המחקרים הניסיוניים במעבדה, אשר נערכו באירופה,” אומר החוקר, “ועל-כן, עבורנו זה מוכיח את ערכה של הכימיה הקוונטית במציאת פתרונות מעבדתיים.”
בעוד שחתימתה של התרכובת הייתה חזויה מראש, יכולתה לבצע מנהור קוונטי הייתה הפתעה גמורה לכל השותפים במחקר, אומר החוקר הראשי. “החוקר Peter Schreiner התקשר אליי ואמר כי מנגנון הדעיכה הינו מנהור, מכיוון שהתרכובת נשארה יציבה לחלוטין גם כאשר הוכנס אליה איזוטופ של מימן כבד,” אומר אלן. “בתחילה צחקתי למשמע רעיון זה, אולם ביצעתי את החישובים התיאורטיים כדי לבחון אם אכן הדבר אפשרי, והיינו בטוחים דיינו לקבוע כי זהו המנגנון הסביר ביותר. זה היה פשוט מדהים.”
