Titreşim Enerji Anteni Reaksiyonu İşletmek için Yeni Yol Sunuyor
Fotoğraf: Goettingen, Max Planck Enstitüsü Biyofiziksel Kimya Bölümü’nde Dirk Schwarzer, iş yapmayı mümkün kılan süperiletken nanotel tek foton dedektörü ile.
Bir izomerizasyon yapmak için kullanılan ve infrared ışıktan titreşim enerjisi toplayan, ekibinin ilk örnek sistemi konusunda Almanya’da Max Planck Enstitüsü Biyofiziksel Kimya Bölümü’nden Alec Wodtke “Bu, daha önce kimsenin aklına gelmeyen bir reaksiyonu gerçekleştirmek için tamamen yeni bir yol.” diyen Wodtke “Sade termal enerjiyle bir bakıma mümkün olanın ilerisine geçen bir sistemin içerisine enerjiyi yerleştirebiliriz.” diyerek açıklamasına eklemede bulundu. Bir gün bu durum, kimyagerlerin geleneksel sentezler ile yapmanın mümkün olmadığı reaksiyonları gerçekleştirmesi için izin verir.
Fotosentetik bitkiler ve bakterilerde ışık hasadı proteinler, görünür ışığın enerjisini yoğunlaştırır ve reaksiyon merkezine doğru ışık enerjisini yönlendirir. Bunun anlamı; yapı, reaksiyon merkezinin tek başına yapabildiğinden daha fazla ışığı zapt eder. Bununla beraber infrared ışık; bu uyarılmış elektronik durumları oluşturmak için enerjiden yoksundur. – Sadece düşük enerjili titreşim durumlarını şekillendirmeyi yönetebilir- Bu yüzden, bitkilere faydası yoktur. Wodtke bu durumu; “Kurduğumuz şey, ışık toplama sistemine benzerdir ancak infrared için değildir, ki bu durum tuhaftır, çünkü normal şartlarda ışık hasadı için uyarılmış elektronik alana ihtiyaç duyulur.” diyerek açıklıyor. Wodtke’nin ekibi, ayrıca kutuplaşabilen uyarılmış elektrik alanlarını keşfetti ve enerji, reaksiyon merkezine taşındı.
Ekibin kurgusu, reaksiyon merkezi sodyum klorit yüzeyinde konumlanan karbon-13 ve oksijen-18 içeren ‘ağır’ karbon monoksitin tek katmanıdır. Deneyin kızılötesi toplama kısmıysa, normal karbon monoksitin kalın üst katmanıdır. Bütün deneyde; gaz bileşenleri hareketsizleştirmek için ultra-düşük sıcaklıkta tutulur.
Wodtke; “ışık izotopu içine tüm titreşim enerjisini pompaladığımızda, ağır izotopa enerjinin tümü verimli bir şekilde transfer edildi ve gerçekten bunu bir tepkimeyi yönlendirebilmek için kullanabiliriz.” diyor. Doğrudan uyarıcı ağır izotop katmanı ile karşılaştırıldığında, kızılötesi toplama katmanı kullanıldığında titreşim enerjisinin yoğunluğu 30 kat daha yüksekti.
Bu durumda reaksiyon basittir: Karbon monoksit molekülleri alt üst çevrilir. Fakat Wodtke ve ekibi, Diels-Alder reaksiyonları ya da karbon dioksit aktivasyonu gibi diğer prosesleri yürütmek için titreşim enerjisi havuzlamasını kullanmayı umut ediyor.
İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü’nde kuantum durumda çözülmüş reaktivite ölçümü yapan Rainer Beck ise; “Bu durum, termal dengeden uzak koşullar altında reaksiyon yürütmenin çok seçici bir yoludur.” diyor.
Moleküllerin yapısal ve dinamik özelliklerin araştırıldığı Amerika’da MIT’den Robert Field’ta ekleme de bulundu. ‘Bu deney, temel istatistiksel mekanik kitaplarına yöneliktir.’
İlk bakışta düzenek, sistemin entropisini azaltarak termodinamiğin ikinci kanununu nasıl ihlal edilebileceği hakkında bir düşünce deneyi olan Maxwell’s Demon’a benzer. Field, “Normalde, yüzeye bir molekülün nasıl bağlandığını kontrol etmeyi düşünmezsin. Termodinamik, bir izomerin diğerine karşı miktarı hakkında karar verir.’ Bu karara tesir edebilmek, yüzeyin kusurlarını yok etmek ve yüzeyin entropisini düşürmek gibidir.
Field açıklamasını; “Bunun çok büyük önemi var. -Çünkü katılarda, yüzeye yakın hataları yönlendirebilir. Bir infrared anten kirliliği geçici olarak giderme de kullanılabilir.- Yüzeyleri yapıcı olarak değiştirmek için Wodtke grubu tarafından başvuru yapılacağını düşünüyorum’ diyerek açıklamasını sonlandırıyor.
Kaynak: chemistryworld.com
