Luzaroan, kimikarien helburuetako bat izan da eraldaketa kimiko konplexuak gertatzean molekulen egiturak nola aldatzen diren zuzenean ikustea eta haien segimendua egin ahal izatea. Oso zaila da erreakzio-bitartekoak —erreakzio batean, produktuak lortu baino lehen, etapa guztietan sortzen diren substantzia oso ezegonkorrak— identifikatzea eta karakterizatzea, oso bizitza laburra baitute. Bitarteko espezie horien egitura ezagutzea oso lagungarri izan daiteke erreakzio-mekanismoak ulertzeko, eta horrek, gainera, eragin handia izan dezake industria kimikoan, materialen zientzian, nanoteknologian, biologian eta medikuntzan.

Felix R. Fischer eta Michael F. Crommie (Kalifornia-Berkeleyko Unibertsitatea eta Lawrence Berkeley National Laboratory) eta Ángel Rubio (UPV/EHUko katedraduna, UPV/EHUko Nano-Bio Spectroscopy Group ikerketa-taldearen burua eta Hanburgoko Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter institutuko zuzendaria) buru dituzten nazioarteko ikertzailez osatutako talde batek erreakzio organiko konplexu baten erreaktiboen, bitartekoen eta produktuen irudiak lortu ditu eta haien loturen konfigurazioa ebatzi du, molekula bakar baten mailan. Nature Chemistry aldizkari entzutetsuak argitaratu du ikerketa hau bere azken zenbakian.

Enediina molekulek zilar-geruza baten gainean eragiten duten erreakzio konplexuaren etapa guztietako egitura kimikoen irudiak lortu ditu lantaldeak, eta, horretarako, kontakturik gabeko indar atomikoko mikroskopio bat erabili dute (nc-AFM, ingelesezko izenarengatik), zunda bereziki sentikor batekin: eskala atomikoko irtengune txikienak detekta ditzakeen orratz oso fina erabiltzen du (Braillez idatzitako testuak irakurtzen diren bezala); orratzaren puntan, karbono monoxido molekula bat adsorbatzen da, zeinak "hatz" gisa jokatzen baitu irakurketan, bereizmena handitzeko.

Bitarteko espezieen loturen konfigurazioaren identifikazio zehatzari esker, "erreakzio-mekanismo osoan gertatzen diren aldaketa kimikoen sekuentzia konplexua argitu ahal izan da, erreaktiboetatik hasi, bitartekoetatik pasatu eta azken produktuekin amaituz —azaldu du Ángel Rubio UPV/EHUko katedradunak—, eta, aldi berean, aukera eman du halako portaera dinamiko konplexuan gertatzen diren mekanismo mikroskopikoak ebazteko".

Bitartekoak egonkortzea

Erreakzio kimiko sekuntzialen zinetika —erreakzioen azkartasuna eta erreakzioan izaten diren gertakizun molekularrak aztertzen dituen arloa— deskribatzen duten eredu analitiko klasikoen eta zenbakizko kalkuluaren azken aurrerapenen arteko konbinazioari esker, frogatu dute bitarteko substantziak nola egonkortu diren azaltzeko ez dela nahikoa haien energia potentziala aintzat hartzea, baizik eta funtsezkoa dela kontuan hartzea energia-disipazioa eta entropia molekularraren aldaketak —entropiak sistema baten antolaketa-maila neurtzen du—. Gainazalak eta, bereziki, erabat ezegonkorrak diren bitarteko substantziek gainazalarekin dituzten interakzioek oso funtzio garrantzitsua dute bai entropian bai energia-disipazioan, eta, hain zuzen ere, horrek alde handia eragiten du gainazal batean gertatzen diren erreakzioen eta gas-fasean edo disoluzioan gertatzen diren erreakzioen artean.

Molekula baten erreakzio kimikoak bistaratzearen eta ordenagailu bidezko modelizazioan gertatzen diren azken aurrerapenen sinergiari esker lortu da hain xehe ulertzea mekanismoa, eta, hori guztia "giltzarri da erreakzio kimikoen analisian", zehaztu du ikertzaileak. Izan ere, horrekin guztiarekin, "teknika espektroskopiko konbentzionalen mugetako asko gainditu dira —adierazi du—, eta erreakzio-mekanismoak, indar eragileak eta zinetika ordura arte ez bezala eskala atomikoan irudikatzea lortu da". Rubiok azaltzen duenez, jakintza honek guztiak ezin konta ahala arlo berri zabal ditzake, orain arte sekula aztertu gabeak: sistema katalitiko heterogeneoen etorkizuneko diseinuak eta optimizazioak, karbonoaren nanoteknologiari aplikatutako sintesi-tresna berriak garatzea, bai eta materialen zientziako eta biokimikako aplikazioak ere.

Informazio osagarria

Ikerketa zenbait ikerketa-talderen lankidetzaz gauzatu da: Felix R. Fischer-en eta Michael F. Crommie-ren (Kalifornia-Berkeleyko Unibertsitatea eta Lawrence Berkeley National Laboratory) eta Ángel Rubioren taldeek (UPV/EHUko katedraduna, UPV/EHUko Nano-Bio Spectroscopy Group ikerketa-taldearen burua eta Hanburgoko Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter institutuko zuzendaria). Aipatzekoa da kalkuluak UPV/EHUko Nano-Bio Spectroscopy Group taldeko doktoretza osteko ikertzaile batek, Alejandro Pérez doktoreak, egin dituela, eta Dimas G. Oteyza (DIPC) eta Miguel Moreno Ugeda (Nanogune) Ikerbasque ikertzaileek oso paper garrantzitsua izan dutela Berkeley-n zegoen bitartean egin zituzten esperimentuetan.

Ángel Rubio UPV/EHUko katedradunak —Materialen Zientzia Saila— unibertsitatean zuzentzen duen Nano-Bio Spectroscopy Group ikerketa-taldearen jarduerak ardatz hauek ditu: ikerketa teorikoa eta materia kondentsatuaren propietate elektronikoen eta egitura-propietateen modelizazioa; tresna teoriko eta kode konputazional berriak garatzea, solidoek eta nanoegiturek kanpoko eremu elektromagnetikoen aurrean duten erantzun elektronikoa ikertzeko.

Argazkia: ezkerretik eskumara,  Ángel Rubio,  Alejandro Pérez , Miguel Moreno eta Dimas G. Oteyza (Gorka Estrada. UPV/EHU)