Voor veel wetenschappers is het een droom die uitkomt: voor de eerste keer is gefilmd hoe een chemische verbinding tussen twee metaalatomen breekt en zich opnieuw vormt.
Het was ‘absoluut ongelofelijk’ om het real time te zien gebeuren, zegt onderzoeksleider Andrei Khlobystov van de Universiteit van Nottingham in het Verenigd Koninkrijk. ‘We waren heel opgetogen.’
De onderzoekers wisten niet dat zij op het punt stonden een filmdebuut te realiseren. ‘We wisten precies wat er gebeurde, omdat we direct herkenden dat het om een chemisch proces ging. Maar het was een verrassing omdat we gewoonweg niet verwachtten dat we het op dit detailniveau konden zien’, zegt Khlobystov .
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Khlobystovs team gebruikte een krachtige microscoop die een bundel elektrisch geladen deeltjes, elektronen, afvuurde op een molecuul dat bestaat uit twee atomen van het overgangsmetaal renium. De elektronenbundel botste op het molecuul, wat genoeg energie opleverde om de verbinding tussen de atomen te verbreken. De elektronen uit de bundel werden aan de andere kant van het molecuul opgevangen om een beeld te creëren.
Overgangsfase
Op de video zijn de renium-atomen te zien als donkere vlekken. Ze bewegen door twee kleine koolstofbuizen, de roosters van lichte puntjes. De atomen komen in het gat tussen de koolstofbuizen terecht. Op het moment dat er meer afstand tussen de atomen zit, is de chemische verbinding verbroken. Een ogenblik later komt de verbinding opnieuw tot stand.
Op het moment dat de chemische verbinding brak, zagen de onderzoekers dat de vorm van de atomen veranderde van cirkelvormig naar langwerpig. Khlobystov denkt dat dit een overgangsperiode laat zien tussen een intacte en een verbroken verbinding. Tijdens de overgang zijn de atomen niet direct onafhankelijk van elkaar, zegt hij. ‘Op de een of andere manier voelen ze elkaar.’
Ultiem doel
Khlobystov zegt dat de video zal veranderen hoe op scholen en universiteiten scheikunde wordt onderwezen. We kunnen nu voor het eerst meekijken hoe chemische verbindingen vormen en breken. ‘Het is echt. We kunnen foto’s nemen en bewijzen hoe het gebeurt’, zegt Khlobystov.
‘Dit moet direct worden opgenomen in de schoolboeken’, zegt ook scheikundige Emilio Pérez van de Autonome Universiteit van Madrid in Spanje. ‘We hebben nu de mogelijkheid om te zien wat tot nog toe alleen maar modellen waren.’ Pérez stelt dat het werk iets is ‘waarvan je niet eens durfde te dromen om het te zien. Eerlijk gezegd: dit is het ultieme doel van de chemie.’
‘Op een algemeen niveau is de chemische verbinding een van de meest fundamentele en gemakkelijk te begrijpen concepten in de scheikunde. Maar eigenlijk is het zeer complex en zeer moeilijk om in detail te bestuderen’, zegt hoogleraar scheikunde Steve Liddle, werkzaam aan de Universiteit van Manchester in het Verenigd Koninkrijk. ‘Dat is zo mooi hieraan. Dit is zo dicht bij het visualiseren van een echt molecuul als maar kan.’
