Bezpośrednia obserwacja tworzenia się wiązań chemicznych

Struktura kompleksu (Au(CN)2-)3

W wyniku współpracy naukowców z Korei Południowej i Japonii zaobserwowano przy użyciu lasera na wolny elektronach (XFEL) tworzenie się wiązań chemicznych pod wpływem fotonów. Wnioski z badań zamieszczono w czasopiśmie „Nature".

Od wielu lat bezpośrednia obserwacja tworzenia się wiązań w trakcie reakcji chemicznych była marzeniem wielu chemików. Marzeniem dlatego, że odległości pomiędzy atomami są bardzo małe, ok. 100 pikometrów (pm), a czas tworzenie wiązań bardzo krótki – mniej jak 1 pikosekunda (ps), co czyni obserwacje tego procesu abstrakcyjną.

Obiektem ostatnich obserwacji stał się proces fotoindukowanego tworzenia wiązań pomiędzy jonami złota (Au) rozpuszczonymi w wodzie. Na poziomie podstawowym S0 jony złota są połączone ze sobą bardzo słabo przez powinowactwo elektronowe. Pod wpływem wzbudzenia fotonami stan S0 przechodzi w stan S1 w którym tworzą się kowalencyjne wiązania Au-Au. Następnie w ciągu 1 ps stan S1 przekształca się do stanu tripletowego (T1) przy równoczesnym skurczeniu wiązania Au-Au o 0,1 angstrema. Później stan T1 trimera w ciągu nanosekundy przechodzi w stan tetramerowy. Na koniec jony złota wracają do swojej początkowej, luźno związanej struktury.

Naukowcy spodziewają się, że opracowana metoda może stanowić podstawę do zrozumienia reakcji konwersji energii świetlnej, taki jak fotokataliza w procesie fotosyntezy.

(pj)