Feat 'Impossible': Gli Scienziati Misurano L'Energia Degli Atomi Durante Le Reazioni

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Per la prima volta, gli scienziati hanno realizzato un'impresa impossibile da lungo tempo: hanno misurato l'energia degli arrangiamenti di atomi incredibilmente brevi che si verificano quando si verificano reazioni chimiche.

Per la prima volta, gli scienziati hanno realizzato un'impresa impossibile da lungo tempo: hanno misurato l'energia degli arrangiamenti di atomi incredibilmente brevi che si verificano quando si verificano reazioni chimiche.

Questa scoperta potrebbe aiutare a far luce sul preciso funzionamento interno di reazioni chimiche troppo complesse da comprendere con altri metodi, hanno detto i ricercatori.

Le reazioni chimiche responsabili della vita, della morte e di tutto ciò che avviene nel mezzo coinvolgono molecole che si trasformano da un tipo ad un altro - essenzialmente, dai reagenti ai prodotti. Quando si verificano reazioni chimiche, esistono disposizioni fugaci e instabili di atomi, noti come stati di transizione, quando i legami molecolari si rompono e si formano tra gli atomi. [Wacky Physics: The Coolest Little Particles in Nature]

"I reagenti e i prodotti sono vallate stabili su entrambi i lati di una catena montuosa, e lo stato di transizione è il passaggio", ha detto in una dichiarazione l'autore principale dello studio Joshua Baraban, un chimico fisico dell'Università del Colorado Boulder. "Perché esiste solo mentre vai da una cosa all'altra, non è mai stato pensato come qualcosa che puoi facilmente studiare direttamente".

Ora, per la prima volta, gli scienziati hanno misurato la quantità di energia richiesta per raggiungere uno stato di transizione.

"Questo è qualcosa che, se chiedessi alle persone con un dottorato di ricerca in chimica, direbbero che non è stato possibile fare", ha detto Baraban a WordsSideKick.com. "Ci sono libri di testo che dicono che non è possibile farlo."

I ricercatori hanno studiato un tipo di reazione chimica nota come isomerizzazione, in cui una molecola subisce un cambiamento di struttura. Si sono concentrati su una molecola nota come acetilene, che consiste di due atomi di carbonio e due atomi di idrogeno.

Quando l'acetilene assorbe energia, ci sono due conformazioni che può adottare, che possono essere visualizzate immaginando gli atomi come sfere e i legami molecolari che connettono gli atomi come bastoncini. Nell'acetilene, gli atomi di carbonio sono legati l'uno all'altro e costituiscono il centro della molecola, e ogni atomo di carbonio ha un atomo di idrogeno collegato ad esso.

Una conformazione ha una forma a zigzag, in cui un atomo di idrogeno è posizionato su un lato del legame carbonio-carbonio, mentre l'altro si trova sull'altro lato del legame carbonio-carbonio. L'altra conformazione è a forma di "U", con entrambi gli atomi di idrogeno sullo stesso lato del legame carbonio-carbonio.

Con un po 'di energia, la versione a zig-zag dell'acetilene può diventare quella a forma di U, hanno detto i ricercatori. Nel mezzo, si verifica uno stato transitorio in cui uno degli atomi di idrogeno non è posizionato su entrambi i lati del legame carbonio-carbonio, ma invece è quasi in linea con esso.

I ricercatori hanno utilizzato i laser per monitorare i cambiamenti nelle vibrazioni dell'acetilene poiché i ricercatori hanno dato più energia alle molecole. Quando sono stati raggiunti livelli specifici di energia, i modelli di vibrazioni sono cambiati nei tipi di modi previsti vicino allo stato di transizione, hanno detto i ricercatori.

Questo tipo di cambiamento nella conformazione è anche una parte importante di come funziona l'occhio. "Quando la luce entra nell'occhio, provoca questo tipo di cambiamento che vediamo nell'acetilene, che inizia una reazione a catena che invia informazioni che l'occhio ha visto un fotone al cervello", ha detto Baraban.

Gli scienziati hanno anche dimostrato che possono usare la loro tecnica per prevedere con precisione la struttura e l'energia dello stato di transizione tra acido cianidrico e isocianuro di idrogeno. Nell'idrogeno cianuro, un atomo di idrogeno è collegato ad un atomo di carbonio, il quale, a sua volta, è legato ad un atomo di azoto. Nell'isocianuro di idrogeno, un atomo di idrogeno è collegato ad un atomo di azoto, il quale, a sua volta, è legato ad un atomo di carbonio. Lo stato di transizione tra queste molecole ha un atomo di idrogeno, un atomo di carbonio e un atomo di azoto legati l'uno all'altro come un triangolo.

La ricerca futura può analizzare reazioni più complesse, come quelle in cui due molecole si uniscono o una molecola si rompe in due, hanno detto gli scienziati.

Baraban, insieme allo scrittore senior dello studio Robert Field al MIT e ai colleghi, ha dettagliato le loro scoperte online oggi (10 dicembre) sulla rivista Science.

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