V SLAC National Accelerator Laboratory použili výzkumníci pro sledování reakce rentgenového laseru. Anders Nilsson, profesor na SLAC/Stanfordu/Stockholm University a jeden z autorů práce, označuje výsledky dokonce za „svatý grál chemie“, protože se prý při nich podařilo přímo a detailně pozorovat i přechodné stavy reakce. V těchto přechodných stavech se vždy nachází jen velmi málo částic a velmi krátce, ovšem zvolená pozorovací technika (tj. krátké a rychlé laserové pulzy) má být natolik unikátní, že sledování bylo nyní konečně možné.
Pozorovaná reakce odpovídá tomu, co se děje i ve spalovacích motorech. Vzniká oxid uhelnatý, ten na katalyzátoru reaguje s kyslíkem za vzniku nejedovatého CO2. Katalyzátor dočasně přidrží oxid uhelnatý a kyslík, aby mohlo dojít k syntéze. Jako katalyzátor bylo použito ruthenium a aby reakce probíhala rychleji/intenzivněji a snáze se dosáhlo potřebné aktivační energie, povrch katalyzátoru byl zahřát za téměř 2 000 stupňů.
Na katalyzátoru chycené atomy kyslíku (pro reakci je nejprve třeba rozbít molekulu O2) začaly vibrovat, vzápětí se k nim přidaly i molekuly CO2. Vše probíhalo v řádu biliontin sekundy, kdy vznikly i přechodné stavy. Ačkoliv samotná rovnováha reakce je jasně posunuta ve prospěch syntézy oxidu uhličitého, ve skutečnosti jen velmi málo přechodných stavů vedlo ke vzniku CO2. Autoři výzkumu to přirovnávají k rozkmitané kuličce, která se musí vyvalit do vysokého kopce – téměř nikdy se jí to nepodaří a skutálí se zpátky, tj. přechodný stav se opět rozpadne na atom kyslíku a molekulu oxidu uhelnatého. Nicméně když jeden takový pokus trvá biliontinu sekundy, dá se nespočetněkrát opakovat.
Výsledky byly publikovány v Science Express. Provedené sledování se považuje za velmi významné z hlediska teoretické chemie i průmyslových procesů. Průběh reakce se bude logicky nějak lišit podle katalyzátoru, detailnější pochopení by mohlo umožnit navrhovat nové a mnohem účinnější katalyzátory pro specifické reakce.
Zdroj: Phys.org
Poznámky:
– Jak by vypadal naopak chemický rozklad? I tam by se „napůl rozpadlá“ molekula v drtivé většině případů zase sloučila?
– Původní zdroj nerozebírá, jak probíhá vznik atomu kyslíku z molekuly. Pokud se reakce atomu kyslíku s oxidem uhelnatým nepovede, dojde k regeneraci molekul O2, nebo katalyzátor kyslíkový atom nějak „nepustí“ a rovnou se může použít pro další pokus?
