"ქიმიის უწყებანი" ტომი:3, ნომერი:1, 29-31 გვ.
წინსვლა ქიმიური რეაქციების ვიზუალიზაციის პორცესში
ივანე ჯავახისვილის სახელობის თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის სტუდენტი
რეზიუმე: არავისთვის უცხო არ არის, რომ ქიმიური პროცესების გამოსახვა რთული პროცესია, თუმცა ამის მიუხედავად მაინც ახერხებენ მეცნიერები ჩვენთვის სხვადასხვა ვიზუალური მასალის შემოთავაზებას. მართალია ამ ეტაპისათვის ძირითადად, მარტივი ან საშუალო სირთულის ქიმიური პროცესების ვიზუალიზაციები არსებობს, თუმცა მკვლევართა სხვადასხვა ჯგუფები მთელი მსოფლიოდან ცდილობენ ისეთი რთული ქიმიური პროცესების ვიზუალიზირებას, როგორიცაა მაგალითად: წყალბადის მოლეკულის ტალღის ფუნქცია. სწორედ ამ ექსპერიმენტის წარმატებას ეხება ეს სტატიაც, რომელშიც ჩართულები იყვნენ მსოფლიოს ლიდერი მკვლევარ–მეცნიერები. მათი დამსახურებით კი ისტორიაში პირველად მივიღეთ აღნიშნული პროცესის ფოტო–გამოსახულება.
საკვანძო სიტყვები: საკვანძო სიტყვები: ქიმიური რეაქციები, ვიზუალიზაცია, ტალღის ფუნქცია, ზეგამტარობა, წყალბადის მოლეკულები.
ქიმიური რეაქციების ვიზუალიზაცია უკვე წლებია პრობლემას წარმოადგენს, რადგან ვერ ხერხდება მათი სურათობრივი სახით წარმოჩენა, რაც რათქმაუნდა უხერხულობებს ქმნის, როგორც სწავლების, ასევე სამომავლო განვითარების პროცესში. ამ კუთხით უკანასკნელი წლების განმავლობაში მნიშვნელოვანი წინსვლა შეიმჩნევა.
დახვეწილი აპარატურისა და თეორიული მეთოდების კომბინაციის გამოყენებით, ქიმიკოსებმა შექმნეს ისტორიაში პირველად წყალბადის მოლეკულის ტალღის ფუნქციის ფოტო გამოსახულება.
წყალბადის ორი ელექტრონული ტალღის ფუნქციის კორელაციური გამოსახულება
მეცნიერები ათწლეულების მანძილზე ახდენდნენ ელექტრონული ტალღის ფუნქციების ვიზუალიზაციას. თუმცა, მოლეკულების ტალღის ფუნქციის გამოსახულების შექმნა დღემდე ვერ მოხერხდა, რადგან მრავალი ელექტრონის ურთიერთქმედება ხელს უშლიდა აღნიშნულ პროცესს. სულ ცოტა ხნის წინ კი ქიმიკოსთა გუნდმა გამოიყენა ელექტრონული კორელაციები - ელექტრონებს შორის ურთიერთქმედება, რომლებიც გავლენას ახდენენ ერთმანეთის თვისება–უპირატესობებზე და მოახერხეს უშუალოდ მოლეკულის ტალღის ფუნქციის კვადრატის გამოსახვა.
„მანამდე უბრალოდ არ არსებობდა რაიმე ექსპერიმენტალური მიდგომა ტალღის ფუნქციის პირდაპირი წარმოჩენისათვის“ ამბობს რეინჰარდ დერნერი,ერთ–ერთი თანაავტორი აღნიშნული ნაშრომისა და მკვლევარი გოეთეს უნივერსიტეტიდან(ფრანკფურტი,გერმანია). იგი განმარტავს, რომ გუნდმა საერთო ძალებით შექმნა სამოქმედო ტექნიკა, რომელმაც მისცათ საშუალება ამ რთული პროცესის ვიზუალიზაცია მოეხდინათ. ის აქვე ამბობს, რომ ეს არის კიდევ ერთი წინ გადადგმული ნაბიჯი, რომელიც გზას გაუხსნის სხვა ტიპის ქიმიური გამოსახულებების დახვეწას.
იმისათვის რომ მომხდარიყო მოლეკულის ტალღის ფუნქციის ვიზუალიზაცია, ქიმიკოსთა ჯგუფმა პირველად მისი იონიზირება მოახდინა, შემდეგ კი დეტალურად გაანალიზეს საბოლოო შედეგები. მკვლევარებმა შეისწავლეს ემისირებული ელექტრონის კუთხის განაწილება - რომელთა მიმართულებითაც ისინი ასრულებდნენ „ფრენას“ და გადადიოდნენ ალბათობის განაწილებაზე, შემდეგ კი გაზომეს დარჩენილი ფრაგმენტის კინეტიკური ენერგია (H2+). "სხვადასხვა ექსპერიმენტის მონაცემების ანალიზის შემდეგ, ტალღის ფუნქციის ყველა კომპონენტის გამოსახვა მოვახერხეთ. შემდეგ კი ჩვენ მხოლოდ შევაერთეთ ისინი, რათა მიგვეღო სრული სურათი.“ - ამბობს მადრიდის უნივერსიტეტის მკვლევარი, ფერნანდო მარტინი. უნდა აღინიშნოს ისიც, რომ მკვლევარ–მეცნიერები სასიხარულო შემთხვევითობასაც გადააწყდნენ. როგორც მარტინი ამბობს, ისინი იღბლიანები აღმოჩნდნენ, რადგან აღმოაჩინეს „მათემატიკური ჭეშმარიტება“ – ელექტრონების იონიაზაცია მაღალი ენერგიის ფოტონებთან ემთხვევა ფურიეს ტალღის ფუნქციის გარდაქმნის კვადრატს. ასეა თუ ისე, როგორც მარტინი ამბობს, ამისათვის მეცნიერებს შვიდ წელზე მეტი დასჭირდათ.
კატალონიის ქიმიური კვლევის ინსტიტუტში მომუშავე, თეორიული ქიმიის ექსპერტი ნურია ლოპესი ამბობს, რომ "დღევანდელი შედეგები ქმნის ძლიერ გზას, იმის გამოსაკვლევად თუ როგორ მუშაობს ელექტრონული კორელაცია“. ის ასევე მიიჩნევს, რომ ამ სამუშაოებმა შეიძლება ქიმიური რეაქციების პირდაპირ ვიზუალიზაციებს გაუხსნას გზა. ლოპესი ხაზს უსვამს ექსპერიმენტებისა და თეორიული მუშაობის ჰარმონიზაციის მნიშვნელობას და ამბობს, რომ „დღეს სიმულაციებს და მოდელირებებს უჭირავთ ქიმიის შეცნობის გასაღები“. თავად ამ აღმოჩენას კი შეიძლება იმაზე მეტი შედეგები მოჰყვეს ვიდრე ნავარაუდები იყო. ელექტრონული კორელაციები არის გადამწყვეტი ისეთი მოვლენისათვის, როგორიცაა ზეგამტარობა. რომ შეგვეძლოს იმის დანახვა თუ როგორ მოქმედებენ ელექტრონები ასეთ სიტუაციებში, გაგვიმარტივდებოდა მთავარი ამოცანის ამოხსნა, მაღალი ტემპერატურული ზეგამტარი ნივთიერებების შესახებ. მართალია ამ ეტაპისათვის აღნიშნული ისევ გამოცანად რჩება, თუმცა კვლევების გაგრძელების შემთხვევაში სრულიად შესაძლებელია ამ კუთხითაც სიახლეები ვიხილოთ და თან ძალიან მალე.
ლიტერატურა:
1. Santra, R. Imaging molecular orbitals using photoionization. Chem. Phys. 329, 357–364 (2006).
2. Itatani, J. et al. Tomographic imaging of molecular orbitals. Nature 432, 867–871 (2004).
3. Martín, F. Excitation of atomic hydrogen by protons and multicharged ions. J. Phys. B 32, 501–511 (1999).
გამოქვეყნებულია: 23-01-2018