Вперше в історії сучасної науки вченим вдалося зробити те, що раніше вважалося неможливим – виміряти енергію атомів молекули під час вкрай короткочасних змін станів цих атомів, які відбуваються під час різних хімічних реакцій. Дане відкриття дозволяє пролити світло на деякі загадки механізму роботи хімічних реакцій, занадто складних для того, щоб їх можна було вивчити за допомогою існуючих наукових методів.
Хімічні реакції, які визначають всі процеси, включаючи і життєдіяльність на Землі, полягають у перетворенні молекул одного виду в молекули інших хімічних сполук. Під час хімічних реакцій атоми молекул проходять через низку короткочасних перехідних станів в ті моменти, коли розриваються старі і формуються нові хімічні зв'язки.
"Реагенти і продукт хімічної реакції можна уявити собі як долини, що знаходяться по обидві сторони гірського ланцюга. А сама хімічна реакція - це вибоїста дорога через гори, що з'єднують дві долини" - розповідає Джошуа Барабен (Joshua Baraban), вчений з Колорадського університету, - "Оскільки перехідні стани атомів існують лише під час "руху" по дорозі хімічної реакції,
раніше вважалося неможливим вивчення характеристик атомів у цей дуже короткий проміжок часу".
Для вимірювання змін енергії вчені використовували молекули ацетилену, речовини, що складається з двох атомів вуглецю і двох атомів водню. А реакція, під час якої вироблялися вимірювання змін енергії, називається реакцією ізомеризації, в ході якої зазнає змін структура молекули.
Коли молекула ацетилену поглинає ззовні енергію, вона може перейти з однієї в іншу стабільну форму. Давайте уявимо собі молекулу у вигляді куль і паличок, що їх з'єднують, так, як нам показували молекули на уроках хімії в школі. Віссю молекули ацетилену є два зв'язаних один з одним атома вуглецю, до кожного з яких приєднано по одному атому водню.
В одному вигляді молекула ацетилену має зигзагоподібну форму, коли атоми водню знаходяться по різні сторони вуглецевого ланцюжка, а у молекул другого виду, що нагадують форму латинської букви U, атоми водню знаходяться з одного боку. Поглинувши відносно невелику кількість енергії, зигзагоподібна молекула може змінити свою форму на другу. І в момент переходу між цими двома формами молекула знаходиться в проміжній формі,
коли один з атомів водню практично знаходиться на одній лінії з двома атомами вуглецю.
Зміни форми молекули ацетилену, які називаються коливаннями, вчені спостерігали за допомогою імпульсів лазерного світла. Більше того, ці ж імпульси служили свого роду накачуванням, що дає молекулам ацетилену додаткову енергію. Коли рівень лазерного накачування досягає певної межі, молекули починають коливатися, потрапляючи в перехідний стан і повертаючись назад. І роблять вони це кількома різними шляхами.
Подібна технологія також була використана для точного визначення структури та кількості енергії перехідного стану в момент перетворення молекул ціаніду водню в молекули ізоціаніда водню. У ціаніді водню атом водню пов'язаний з атомом вуглецю, який, у свою чергу, пов'язаний з атомом азоту. У ізоціаніді водню атом водню навпаки, пов'язаний з атомом азоту. А молекула в перехідному стані має форму трикутника, на вершинах якого знаходяться атоми водню, вуглецю та азоту.
Як повідомляє dailytechinfo.org, незабаром за допомогою розробленого ними методу вчені планують вивчати більш складні хімічні реакції, в яких беруть участь дві молекули, які об'єднуються в одну, або одна велика молекула, що розщеплюється на дві менших.
