فيزيک - خبر
۲۷ ارديبهشت ۱۳۸۷
محققین تغییرات پیوند هیدروژنی را مشاهده کردند

پیوندهای هیدروژنی بسیار کوچک هستند، در ابعادی کمتر از چند انگستروم. انها میتوانند با سرعت 10 مرتبه در هر ثانیه از میان دو مولکول مختلف عبور کنند. اما بر خلاف این خصوصیات، محققین به تازگی مشاهده کردند که پیوندهای هیدروژنی بلادرنگ در حال تغییر هستند.

درتحقیقات منتشر شده در Physical Review Letters توسط یک تیم از شیمیدانهای دانشگاه کیوتو و اوساکای ژاپن محققین توضیح می دهند که چگونه از میکروسکوپ تونل زن برای مشاهده مستقیم تغییرات بلادرنگ پیوند هیدروژنی که در یک دیمر منفرد اب رخ میدهد (فاصله میان دو مولکول H2O) استفاده کرده اند. مشاهدات مدلی که در ان تونل زنی کوانتوم و ارتعاشات مولکول نقش مهمی را در روند تغییرات پیوند هیدروژنی بازی می کند را تایید می کنند.
هیروشی اوکویاما از دانشگاه کیتو به PhysOrg.com می گوید " در این کار، دینامیک تغییرات پیوند هیدروژنی در سطح یک مولکول منفرد تصور شده است" او همچنین می افزاید " در مطالعات پیشین از شکافت طیفی برای اثبات تغییرات واکنش استفاده میشد. این مشاهده مستقیم ما را قادر ساخت تا به روشنی نشان دهیم که روند تغییرات شامل تونل زنی کوانتوم میشود، و همچنین با القاء ارتعاشات پیوسته میتوان انرا بهبود بخشید. به عقیده من این کار اهمیت بنیادینی دارد."
بعلت اینکه دیمر اب ساده ترین سیستمی شامل پیوند هیدروژنی است، محققین معمولا از ان برای تحقیق روی خصوصیات عمومی سیستم های دارای پیوند هیدروژنی استفاده می کنند. در جریان ازمایش، محققان از مونومر های اب (یک مولکولهای مفرد H2O) روی سطح مس در سرمای 6 درجه کلوین دیمرهای اب تهیه کردند. دیمر اب توسط اتم اکسیژن "پیوند هیدروژنی دهنده" مولکولش با سطح مس پیوند یافته است، به همراه "پذیرنده پیوند هیدروژنی" مولکول کمی با اتمهای مس مجاور تعامل می کند. همچنین حققین برای مقایسه برخی از دیمر های H2O را با اب سنگین دیمر دوتریوم (D2o)2 جایگزین کردند.
در حال که دیمر های D2O به صورت ساکن در زیر میرکوسکوپ دیده میشدند، دیمر های H2O مدام نوسان می کردند. یکی از دانشمندان شرح می دهد که این نوسانات بیان کننده تغییرات سریع پیوند هیدروژنی بین دو مولکول H2O در زمان تغییر نقش مولکول گیرنده و دهنده می باشد. با چینش دوباره پیوند هیدروژنی به صورتی که انها را با یکدیگر نگه می داشت، مولکول بین این دو نقش با اهنگ 60 بار در ثانیه به جلو و عقب سویچ می کرد. علت اینکه به نظر میرسید دیمر های D2O در زیر میکروسکوپ نوسان نمی کردند این بود که تغییر پیوند هیدروژنی انها بسیار کند تر ورت می پذیرد، تنها 1 مرتبه در ثانیه.
این تغییر اهنگ، که محققین انرا اثر ایزوتوپ می نامند، به این معناسیت که این تغییرات باید بر یک سد بزرگی از انرژی ، که به تنهایی برای یک فرایند گرمایی بسیار زیاد است، غلبه کند. این موضوع کننده این است که تغییرات تنها به وسیله تونل زنی کوانتوم پیش می روند. محققان شرح میدهند که، اتم اکسیژن در مولکول باید به شیوه ای جابجا شود که هر دو مولکول گیرنده و دهنده را در یک سطح مشابه به اندازه ای که برای تونل زنی کافی باشد نزدیک کند. به هر میزان مولکولها به صورت نوسانی به حالتی که جابجایی رخ دهد برانگیخته باشند اهنگ تغییرات به میزان زیادی افزایش می یابد.
بوسیله مشاهده تغییرات پیوند هیدروژنی در اب، دانشمندان میتوانند بهتر نقش انرا در کاربردهایش درک کنند. یکی از جاهایی که اوکویاما توضیح میدهد تحریک واکنشی است که در سطح الکترودها رخ میدهد، مانند پیل سوختی.
او می گوید" پیل های سوختی که در اینده (و در حال حاضر) استفاده میشوند میزان دودی که از اگزوز خارج میشود را کاهش خواهند داد" و می افزاید " ایده اصلی پیل سوختی یک واکنش الکترومکانیکی است که در سطح الکترود انجام می گیرد، جایی که واکنشهای پیچیده بوسیه واکنش دهنده ها انجام میشود و محصولات محلول در اب هستند. در سطح میکروسکوپیک، مولکولهای اب در سطح الکترود جذب سطحی میشوند، و به صورت دینامیک پیوندهای هیدروژنی شان را با یکدیگر می شکنند و تغییر می دهند، که ممکن است باعث بهبود واکنش الکترود شود."

مترجم: [برای مشاهده لینک ها شما باید عضو سایت باشید برای عضویت در سایت بر روی اینجا کلیک بکنید]
منبع: [برای مشاهده لینک ها شما باید عضو سایت باشید برای عضویت در سایت بر روی اینجا کلیک بکنید]