Enerji Verilmiş Hafif Aktif Moleküllerin Görülebilmesi Çalışmaların Hızlı ve Verimli Olmasını Sağlar
Fotoğraf : Moleküllerin ışığa dayalı kimyasal dönüşümler geçirdiğini anlamak için, bilim adamlarının enerjilendirilen ve kaybederken enerjilendirilen molekül içindeki atomları ve elektronları takip edebilmeleri gerekir. Son zamanlarda yapılan bir araştırmalarda, Argonne, Northwestern Üniversitesi ve Danimarka Teknik Üniversitesi’ndeki bir araştırma ekibi, bu moleküllerin moleküler görüntülerini almak için Linac Tutarlı Işık Kaynağı tarafından üretilen ultra yüksek yoğunluklu darbeli X ışınlarını kullandı.
Eğlence parklarından hoşlananlar için, en heyecan verici duyumlardan biri, bir roller coaster’ın tepesinde, tırmanışın sona ermesi ile ,inişin başlaması geçen ikinci sırada geliyor. Roller coaster’ın doruğuna ulaştığı anda tam olarak resim çekmeye çalışmak zor olabilir çünkü düşme çok ani bir şekilde gerçekleşir.
Enerjilendirilmiş moleküllerin fotoğraflarını çekmeye çalışan kimyagerler için ikilem yanıltıcı olmasa da kesinlikle aynıdır. Bazı moleküller heyecanlandığında – çalışmasının en üstünde duran bir roller coaster gibi – genellikle daha düşük bir enerji durumuna “düşmeden” önce bir an için yeni hallerinde kalırlar.
Moleküllerin nasıl ışık geçişli kimyasal dönüşümler geçirdiğini anlamak için, bilim insanlarının enerjilendirilmiş molekül içindeki atomları ve elektronları enerji “roller coaster” ı sürdüklerinde takip edebilmeleri gerekir.
Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, ABD Enerji Departmanı (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı, Kuzeybatı Üniversitesi ve Danimarka Teknik Üniversitesi’ndeki bir araştırmacı ekibi, Linac Tutarlı Işık Kaynağı (LCLS) tarafından üretilen ultra yüksek yoğunluklu darbeli X ışınlarını kullandı. Bu moleküllerin moleküler anlık görüntülerini almak için SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarında bir DOE Bilim Ofisi Kullanıcı Tesisi kuruldu.
LCLS kullanarak, araştırmacılar molekül içindeki atomik ve elektronik düzenlemeleri, 50 femtosaniye kadar kısa ömürlü olan – insan saçı genişliğini hareket ettirmek için ışık aldığı zaman miktarı kadar – yakalayabildiler.
Argonne’nin kıdemli kimyagerleri ve araştırmayı yöneten Northwestern Üniversitesi’nden kimya profesörü Lin Chen, “Bu hızla enerjilenen moleküllerdeki değişiklikleri hızla görebiliriz” diye belirtiyor.
Chen ve ekibi, doğal ve yapay fotosentez için önemli yapı taşlarına benzer bir molekül olan bir metaloprofirin yapısını inceledi. Metalloporphyrinler, hidrojen üretmek veya suyu karbondioksiti şekere veya diğer yakıt türlerine dönüştürmek için suyu bölerek güneş enerjisini yakıta dönüştürmek isteyen bilim insanlarının ilgisini çekmektedir.
Araştırma ekibi spesifik olarak,metaloprofirinin bir lazerle uyarıldıktan sonra nasıl değiştiğini inceledi. Molekül daha düşük bir enerji durumuna gevşetmeden önce sadece birkaç yüz femtosaniye dayanan çok kısa ömürlü bir “geçici durum” keşfettiler.
Chen, “Daha önce daha uzun ömürlü bir durumun moleküler yapısını ele geçirmiş olsak da, bu geçici durumun yapısı, algılanmasını engelledi, çünkü ömrü çok kısaydı,” dedi.
Lazer darbesi moleküle çarptığında, dış halkadan bir elektron nikel metal merkezine doğru hareket eder. Bu, tüm molekül içinde bir kararsızlık yaratan bir yük dengesizliği yaratır. Kısacası, nikelden başka bir elektron dış halkaya geri döner ve uyarılmış elektron yerini almak için alt açık yörüngeye geri düşer.
Chen, “Bu ilk durum çok hızlı bir şekilde ortaya çıkıyor ve yok oluyor, ancak güneş yakıtları gibi bir çok teknolojik konularda gelişim için şarttır.” Dedi. “İdeal olarak, bu durumu katalizöre yol açabilecek kimyasal süreçleri mümkün kılmak için daha uzun süre sürdürmek için yollar bulmak istiyoruz, ancak ilk başta orada olduğunu görebilmek önemli.”
Chen, zorluğun heyecanlı devletin ömrünü, metaloprofiridin molekülünün tasarımı ile uzatmak olduğunu söyledi. Chen, “Bu çalışmadan, halkanın bağ uzunluğu ve düzlemselliği gibi hangi moleküler yapısal unsurun uyarılmış devlet özelliğini etkileyebileceğini öğrendik” dedi. “Bu sonuçlarla, heyecanlı halde enerjinin çoğunu toplayabilmemiz için bir sistem tasarlayabiliriz.”
“Chemicaltoast X-ışını absorpsiyon spektroskopisi ile açığa çıkarılan Ultrafast, bir metaloprofirinin durum gevşemesini” araştırmasına dayanan bir makale, 10 Haziran tarihli Amerikan Kimya Derneği Dergisi’nin çevrimiçi sayısında yayınlandı.
Kaynak : sciencedaily.com
