تلوين التفاعلات الكيميائية

استمع على ساوندكلاود 🎧

طور كيميائيّون في جامعة سيراكيوز Syracuse University طريقة جديدة خلّاقة تسمح بمراقبة التفاعل الكيميائي في أثناء حدوثه Real time monitoring. إذ صمّم أعضاء من مجموعة ماي البحثية Maye Research Group في قسم الكيمياء مادة نانوية يتغير لونها مع وجود شوارد أو جزيئات صغيرة في أثناء التفاعل.

كانت الفكرة من مقالهم المنشور في مجلة "المجتمع الكيميائي الأميركي"ACS Nano هي أن اكتشافهم يسمح للباحثين بمراقبة التفاعلات كيفيًا (صفة غير كمية كوجود اللون من عدمه، أو تغير الشكل الفيزيائي للمادة، أو....الخ) بالعين المجرّدة وكميًا (يعتمد على القياس الكمي (كحساب التركيز، أو الوزن، أو.....إلخ) بوساطة تجهيزات بسيطة.

يوضّح البروفيسور المساعد في الكيمياء وقائد الفريق في القسم التجريبي ماثيو ماي: "أن التفاعل الكيمائي يجري بين الجزيئات في أغلب الحالات في محلول شفاف معدوم اللون أو قد يبدو معلقًا حليبي اللون، والطريقة الوحيدة لمعرفة إن كان التفاعل قد حدث فعلًا هي إجراء تحليل موسع بعد خطوات عدة من التنقية."

صُممت جزيئات نانوية محاولةً لاكتشاف كيفية حصول التفاعل والسرعة التي يجري بها (إذا كان التفاعل قد حصل من أصله)، إذ تتفاعل هذه الجزيئات النانوية مع المنتجات الثانوية للتفاعل ويقول البروفيسور ماي: "تتألق الجزيئات النانوية مع حدوث التفاعل بألوان محتلفة، ما يسمح لنا بمتابعة حركية التفاعل بالعين المجردة بدلًا من جهاز طيفي يكلف ملايين الدولارات".

يتمحور عمل المجموعة حول صنف جديد من المواد النانوية يسمى perovskites، وهذه المواد هي نوع خاص من البلورات التي تتكون عادةً من إيونات معدن ما والأكسجين، بينما كانت البلورات التي استخدمتها المجموعة مكونة من إيونات معدن وهالوجين. تتألق هذه البلورات ضوئيًا في المستوى النانوي، أي إنها تشع ضوءًا عند إثارتها باستخدام ليزر أو مصباح، وما يجعل هذه البلورات تتفرد بين الجزيئات النانوية أن الألوان التي تشعها تتحدد جزئيًا بتركيز هذه الأيونات.

وحول البحث يقول الباحث في مرحلة ما بعد الدكتوراه وأحد المشاركين في كتابة الورقة العلمية تينيسون دوان Tennyson Doane: "لقد كنا نعلم حول إمكانات هذه المواد في أبحاث الطاقة، وخطرت في بالنا هذه الفكرة المجنونة لاستعمال تركيزات أيونات هذه البلورات للكشف عن الأيونات في محلول، وربما نستطيع مراقبة سير التفاعل الكيميائي وهو أمر ليس بالسهل".

بدأ العمل في المجموعة بنظام بسيط نوعًا ما يتضمن تفاعلات عضوية لجزيئات تدعى الهاليدات العضوية. فعندما تتفاعل هذه الجزيئات لتشكل غالبًا رابطة كربون-كربون (ما يعرف بتفاعل الحذف) يجري إطلاق هاليد (الهاليد هو إما أيونات البروم أو الكلور أو اليود) وحتى هذا الاكتشاف كان هذا الهاليد منتجًا ثانويًا غير مهم.

ويضيف أحد الكيميائيين المشاركين في كتابة المقال كيفن كروز Kevin Cruz : "عند بدء التفاعل تتألق البلورات بلون أحمر فاتح وعند إطلاق الهاليد أو استعماله في التفاعل الكيميائي تمتصه جزيئتنا ويتغير لون التألق تغيرًا متناسبًا طردًا مع تركيز الهاليد إلى البرتقالي ومنه إلى الأصفر فالأخضر مشيرًا إلى نهاية التفاعل".

ويشرح دوان: "نظرًا لأن تركيز هذه البلورات منخفض جدًا فإضافة كمية صغيرة منها كافية لمراقبة التفاعل، ولقد استطعنا ضبط النظام بدقة عالية ومنه نستطيع قياس حركية التفاعل بطريقة لونية جديدة"

وكما يقول الباحث الرئيس أن لا أحد يفكر حاليًا في مراقبة التفاعل الكيميائي بهذه الطريقة وأن هذا الفريق قادر على مراقبة التغيرات الحركية بدقة عالية جدًا بوساطة جهاز قياس طيفي بسيط، ومن يدري؟! ربما سيستخدم الكيميائيون كلهم طريقة سيراكيوز في مخابرهم مستقبلًا.

المصدر:

هنا