Game hubungan kimia yang tidak terjerat

Fisikawan yang dipimpin oleh Roland Wester dari Universitas Innsbruck telah mengamati dengan cermat persaingan antara dua mekanisme reaksi penting dalam kimia organik di laboratorium. Studi rinci tentang dinamika reaksi dari kompleks reaksi yang terdiri dari sembilan atom sampai hari ini unik. Dalam melakukannya, para ilmuwan maju dalam skala yang memungkinkan aplikasi di banyak bidang kimia.

Dengan eksperimen laboratorium, pemenang Hadiah ERC ganda Roland Wester dari Institut Fisika Ionik dan Terapan di Universitas Innsbruck mencoba untuk melihat reaksi kimia secara baru dan mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang dinamikanya. Reaksi molekul kecil sudah dipahami dengan baik hari ini. Segera setelah lebih dari empat atom terlibat, teori dan eksperimen menjadi sulit untuk menjelaskan secara rinci jalannya reaksi. Roland Wester dan timnya telah membangun eksperimen unik di mana molekul dapat bereaksi dengan ion dan mengamati. Untuk pertama kalinya, para ilmuwan berhasil menggambarkan secara akurat dinamika atom dari apa yang disebut reaksi substitusi nukleofilik. Beberapa tahun yang lalu, kelompok peneliti mempelajari persaingan antara dua reaksi kimia dalam senyawa organik. Dalam ruang vakum, para peneliti menyebabkan molekul-molekul ini bertabrakan dengan partikel bermuatan dari kelompok kimia halogen, seperti fluor, yodium, dan klorin. Untuk pertama kalinya, pengamatan langsung menunjukkan bahwa dengan molekul yang lebih besar, reaksi eliminasi mengambil alih dan reaksi substitusi menghilang di beberapa titik.

Dinamika reaksi skala besar

Sampai sekarang, tidak diketahui apa yang akan terjadi dalam kisaran ukuran di mana kedua reaksi itu sama pentingnya. Untuk mempelajari ini, diperlukan kerja teoretis lebih lanjut, yang telah dilakukan dalam beberapa tahun terakhir oleh para peneliti yang dipimpin oleh Gábor Czakó di Universitas Szeged, Hongaria. Mereka menghitung apa yang disebut permukaan potensial Born-Oppenheimer, yang dengannya jalannya reaksi kimia molekul yang terdiri dari delapan atom dengan ion halogen dapat dijelaskan secara rinci. Perlu dicatat bahwa reaksi yang diperiksa berlangsung dalam 21 dimensi. Lanskap potensial yang ditentukan secara teoritis memberikan informasi tentang bagaimana atom individu dapat bergerak dalam ruang dimensi besar ini selama reaksi kimia. Dari sana, para ilmuwan Innsbruck yang bekerja dengan Eduardo Carrascosa, Jennifer Meyer dan Roland Wester mampu membuat prediksi yang sangat tepat dari arah spasial di mana produk reaksi akan terbang dalam percobaan mereka. Karena mereka mengukur sudut dan kecepatan di mana ion menabrak detektor. “Dan data kami menunjukkan bahwa kami mengukur persis apa yang dihitung teori tanpa mengetahui data eksperimen,” kata Wester senang. “Dengan begitu banyak atom dan dimensi yang begitu tinggi, ini belum tercapai.”
Dengan demikian para ilmuwan telah menjelaskan secara rinci reaksi kimia, di mana dua mekanisme reaksi yang berbeda terjadi, secara teoritis dan eksperimental. Dengan karya ini, yang sekarang telah diterbitkan dalam jurnal Nature Chemistry, fisikawan dari Innsbruck tiba di suatu wilayah sehubungan dengan jumlah atom yang terlibat untuk studi terperinci tentang dinamika reaksi, yang memungkinkan aplikasi di banyak bidang reaksi kimia kompleks. .