يشاهد العلماء حركة إلكترون واحد أثناء التفاعل الكيميائي لأول مرة على الإطلاق
يشاهد العلماء حركة إلكترون واحد أثناء التفاعل الكيميائي لأول مرة على الإطلاق
لأول مرة، استخدم العلماء فائق السرعة الأشعة السينية يومض لالتقاط صورة مباشرة لإلكترون واحد أثناء تحركه أثناء التفاعل الكيميائي.
في الجديد يذاكر، الذي نُشر في 20 أغسطس في مجلة Physical Review Letters، أنجز الباحثون هذا الإنجاز المذهل من خلال تصوير كيفية تحرك إلكترون التكافؤ – وهو إلكترون موجود في الغلاف الخارجي للذرة – عندما يتفكك جزيء الأمونيا.
ومع ذلك، فإن الأشعة السينية تتفاعل بقوة فقط مع الإلكترونات الأساسية القريبة من نواة الذرة. تم إخفاء إلكترونات التكافؤ – وهي الإلكترونات الخارجية في الذرة والإلكترونات المسؤولة فعليًا عن التفاعلات الكيميائية.
“أردنا التقاط صور للإلكترونات الفعلية التي تحرك هذه الحركة” غابالسوقال طالب دكتوراه في الفيزياء والمؤلف الرئيسي للدراسة لموقع Live Science:
وقال غابالسكي إنه إذا تمكن العلماء من فهم كيفية تحرك إلكترونات التكافؤ أثناء التفاعلات الكيميائية، فقد يساعدهم ذلك في تصميم أدوية أفضل، وعمليات كيميائية أنظف، ومواد أكثر كفاءة.
للبدء، كان الفريق بحاجة إلى العثور على الجزيء الصحيح. اتضح أنها الأمونيا.
قال جابالسكي: “الأمونيا مميزة نوعًا ما”. “نظرًا لأنه يحتوي في الغالب على ذرات خفيفة، فلا يوجد الكثير من الإلكترونات الأساسية لتحجب الإشارة من الإلكترونات الخارجية. لذلك كانت لدينا فرصة لرؤية إلكترون التكافؤ هذا فعليًا.”
أجريت التجربة في مصدر ضوء Linac المتماسك التابع لمختبر التسريع الوطني SLAC، وهي منشأة تنتج نبضات أشعة سينية مكثفة وقصيرة. أولاً، أعطى الفريق جزيء الأمونيا هزة صغيرة من الضوء فوق البنفسجي، مما جعل أحد الإلكترونات “يقفز” إلى مستوى طاقة أعلى. عادة ما تبقى الإلكترونات الموجودة في الجزيئات في حالات منخفضة الطاقة، وإذا تم دفعها إلى حالة أعلى، فإنها تؤدي إلى تفاعل كيميائي. ثم، باستخدام شعاع الأشعة السينية، سجل الباحثون كيف تحولت “سحابة” الإلكترون عندما بدأ الجزيء في التفكك.
متعلق ب: شكل الضوء: علماء يكشفون صورة فوتون فردي لأول مرة على الإطلاق
في فيزياء الكملا تُرى الإلكترونات على شكل كرات صغيرة تدور حول النواة. وأوضح غابالسكي أنه بدلاً من ذلك، فهي موجودة كسحب احتمالية، “حيث تعني الكثافة الأعلى أنك أكثر عرضة لرؤية الإلكترون”. تُعرف هذه السحب أيضًا باسم المدارات، ولكل منها شكل مميز اعتمادًا على طاقة الإلكترون وموقعه.
ولرسم خريطة لهذه السحابة الإلكترونية، ركض الفريق ميكانيكا الكم عمليات محاكاة لحساب التركيب الإلكتروني للجزيء. وقال غابالسكي: “والآن، يعمل هذا البرنامج الذي نستخدمه في هذه الأنواع من الحسابات، ويحدد أين تملأ الإلكترونات تلك المدارات حول الجزيء”.
تعمل الأشعة السينية نفسها مثل الموجات، وعندما تمر عبر سحابة احتمالية الإلكترون، فإنها تتشتت في اتجاهات مختلفة. وقال غابالسكي: “لكن بعد ذلك يمكن لتلك الأشعة السينية أن تتداخل مع بعضها البعض”. ومن خلال قياس نمط التداخل هذا، أعاد الفريق بناء صورة لمدار الإلكترون ورأوا كيف يتحرك الإلكترون أثناء التفاعل.
وقارنوا النتائج بنموذجين نظريين: أحدهما يتضمن حركة إلكترون التكافؤ، والآخر لا يتضمنها. تطابقت البيانات مع النموذج الأول، مما يؤكد أنهم تمكنوا من التقاط عملية إعادة ترتيب الإلكترون.
ويأمل الباحثون في تكييف النظام لاستخدامه في بيئات ثلاثية الأبعاد أكثر تعقيدًا تحاكي الأنسجة الحقيقية بشكل أفضل. وهذا من شأنه أن يقربه من تطبيقات الطب التجديدي، مثل زراعة الأنسجة أو إصلاحها عند الطلب.
تنويه من موقع “yalebnan.org”:
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر:
www.livescience.com
بتاريخ: 2025-08-29 19:23:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “yalebnan.org”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.
موقع "yalebnan" منصة لبنانية تجمع آخر الأخبار الفنية والاجتماعية والإعلامية لحظة بلحظة، مع تغطية حصرية ومواكبة لأبرز نجوم لبنان والعالم العربي.
