الكيمياء والصيدلة > كيمياء
كشف الروابط الهدروجينية كشفًا مباشرًا؛ للمرة الأولى
كشف الفيزيائيونBCE Crew) في الخامس عشر من أيار 2017) رابطة هيدروجينية في جزيء مُفرَد وللمرة الأولى على الإطلاق، مما يعني أننا سنتمكّن من تحرّي أصغر عناصر الكون وأكثرها انتشارًا وكشفها، باستخدام طرائق لم تكن سوى نظريات في أذهان العلماء.
وكشفت التجارب مدى حساسية أجهزة التصوير الموجودة لدينا مؤخّرًا، لأن الروابط الهيدروجينية أضعف كثيرًا من الروابط الكيميائية، وحتى الآن تتعذّر علينا رؤيتها. لكن العلماء استطاعوا رؤية هذه الروابط بوضوح شديد وتمكّنوا من قياس قوّتها الحقيقية الدقيقة، باستخدام مجهر القوّة الذرية.
إذ يتصدّر الهيدروجين المرتبة الأولى في قائمة العناصر الكونية التي يتوق العلماء إلى زيادة معرفتهم بها.
ويكوّن 75 في المئة من مُجمَل الكتلة المشاهَدة في الكون، وبنسبة أكثر من 90 في المئة من باقي العناصر الذريّة.
فيكوّنُ مركّبات مع العناصر غير المعدنية جميعها في الجدول الدوري تقريبًا، وبسهولة. ثم إن روابطه مع الأوكسجين والكربون هي الأساس الأول لتكوين الجسم البشري.
ولا شك في أنك ستشكر الروابط الهدروجينية لأنها سبب ثبات البنية الحلزونية المضاعفة لـDNA خلايا جسمك، إذ إن هناك ملايينًا من الروابط الهدروجينية المتكوّنة بهدف الحفاظ على الأسس الآزوتيّة المكوِّنة لمادتك الوراثية، وهذا مايعني أنها فعلًا من أهم أحجار بناء الحياة التي نعيشها.
ولكن التحديين الأساسين في دراسة الروابط الهدروجينية بهيئتها النقية هما: صغر حجم ذرة الهدروجين، والروابط الهدروجينية الضعيفة التي سرعان ما تنكسر، خصوصًا في حال إجراء الدراسة على جزيء وحيد.
"ذرة الهدروجين، الذرة الأصغر والأكثر توافرًا وأهميةً في علوم الفيزياء والكيمياء" هذا ما قاله علماء جامعة Basel's Swiss للعلوم النانويّة.
"على الرغم من طرائق التحليل المتّبعة في دراسة الهيدروجين، تبقى رؤية ذرّات الهيدروجين ضمن الجزيء الواحد غير مُكتَشفة وغير ممكنة".
ولكن الفريق السويسري تمكّن من قياس القوّة والمسافة الفاصلة بين ذرّة الأوكسيجين وذرتي الهيدروجين، باستخدام مركبات هيدروجينية تدعى بروبيلّان وبمِشكالات تشبه البروبيلِر.
"حساباتنا تؤكِّد الارتباط التوجيهي، المُميِّز لأضعف رابط هيدروجيني"
لقد مهَّد القياس المباشر للتفاعل _قياس قوة التفاعل لذرة الهيدروجين_ طريق التعرّف إلى الجزيئات ثلاثيّة الأبعاد مثل الـDNA والمكاثير."
إذًا، كيف جرى ذلك؟
اختار العلماء مركبات هيدروكربونية تنتظم فيها ذرات الهيدروجين بحيث توجد ذرتان منها متوجهتان نحو الأعلى.
لاحظ المظهر الجانبي للبروبِلر هنا، إذ إن ذرات الهيدروجين تحمل اللون الأبيض.
ثم عُرِض هذا الجزيء على مجهر القوة الذريّة، الذي يتميّز بدقّته العالية على تصوير القوى الضئيلة وسبرها.
وضُخِّم رأس المجهر بأُحادي أوكسيد الكربون، الذي يزيد حساسية المجهر للهدروجين زيادة هائلة. وعندما قُرِّب رأس المجهر من ذرات الهيدروجين تقريبًا كافيًا، تكوّنت الروابط الهدروجينية بطريقة تُمَكِّن من فحصها فحصًا مباشرًا.
في هذه الصورة، يمكنك مشاهدة ذرتي الهيدروجين المتجهين إلى الأعلى:
تتمكّن من رؤية المنظر العلوي السابق، بوجود رأس المجهر الحاوي على أحادي أوكسيد الكربون الذي يؤلف رابطًا مع المركب الهيدروكربوني "بروبيلان" في الأسفل.
وعندما قورنت نتائج الباحثين بحسابات مُسجَّلة سابقًا عن ذرة الهيدروجين، تطابقت النتائج تطابقًا تامًا.
وأضافوا قائلين: "تمثّل الهيدروكربونات أحد أكثر المركّبات تنوّعًا وتوظيفًا في الهندسة، والكيماء، والحياة، وغالبًا ماتكون ذرّة الهيدروجين شديدة الأهمية في مسار عمل هذه المركبات"
والآن بعد أن أصبح بإمكاننا قياس الروابط الهيدروجينية قياسًا مباشرًا، أصبحنا على مشارف رؤية جديدة مشرقة للكون، وإننا نتوق إلى معرفة الخطوة الآتية التي ستأخذنا هذه المعرفة إليها.
نُشر البحث في ScienceAdvances
المصدر:
الورقة البحثية: