Avagy: Nyitott kérdések a kémiában, a kémia megválaszolatlan kérdései. Vagyis közülük öt. Aztán később még lesz több is. A válogatás teljesen szubjektív.
1. „On
water” reakciónak hívjuk az olyan szerves kémiai reakciókat, ahol a
reakciópartnerek legalább egy része nem oldódik vízben, mégis ezek a reakciók sokkal
gyorsabban mennek végbe víz jelenlétében, mint oldószer nélkül vagy szerves
oldószerben, homogén fázisban. Laikusok kedvéért: ez ellentmondás(nak látszik
elsőre). Hozzáadok a reakciómhoz egy olyan anyagot (oldószert: víz), aminek
látszólag semmi szerepe nincs a reakcióban, még csak nem is oldja a reaktánsokat, mégis, a reakciósebesség sok
nagyságrenddel megnő. Miért? Nem tudjuk. Ezért nyitott kérdés. Valószínűleg egy, a hidrogénkötésekkel összefüggő határfelületi
jelenségről van szó. Felfedezése és első részletes leírása egyébként
annak a Nobel-díjas K. Barry Sharplessnek a nevéhez fűződik, akiről már
meséltem a click kémia felfedezése/megfogalmazása kapcsán fél évvel ezelőtt. És
az irodáját is megmutattam. :)
2. Ki fia borja a kén-arany kötés? A kémiai kötéseket két csoportba szokás sorolni: az
erősebbek az elsőrendű kötések, ilyen a kovalens, az ionos és a fémes kötés; illetve ezeknél jóval gyengébbek az alapvetően molekulák között ható másodrendű
kötések (közülük legerősebb a hidrogénkötés).
De melyik csoportba tartozik az arany és kén közötti kötés? Válasz:
attól függ, ki tantítja/hol nézel utána. :) Ez egy nagyon erős másodrendű kötés,
már-már olyan erős, mint az elsőrendű, de mégsem az. Senki sem tudja igazán mi
ez. A probléma - mint oly gyakran - a modellalkotással van. Az első- és másodrendű
kötés mint kategóriák felállítása egy modell, ami egyszerűbbé teszi a munkánkat.
Azonban mint minden modellnek, véges az érvényessége. Ennek a modellnek
valószínűleg éppen az arany-kén kötésnél. Milyen tehát az arany-kén kötés? Éppen olyan, mint az arany-kén kötés. :)
A kötés jelentősége egyébként nem csak elméleti,
széleskörűen használják biomolekulák aranyfelületre való kötéséhez analitikai célokra, pl. felületi plazmon rezonancia mérések során. Ilyen aranyhoz kötögetős dolgokat mi is csináltunk: ionofórokat kötöttünk arany nanorészecskékhez, hogy a korábbinál stabilabb potenciometriás membránelektródokat állítsunk elő. Bővebb magyarázat helyett (hiszen most nem ez a téma) itt egy móricka ábra:
3. Véget ér-e a periódusos rendszer, vagy vég nélkül fognak
összelegózni a fizikusok/kémikusok egyre nagyobb atommagokat? Van-e legnagyobb
lehetséges elem? Lundi kutatók pl. épp most erősítették meg a 115-ös rendszámú (a
rendszám az adott atom periódusos rendszeren belüli sorszáma, egyúttal az
atommagban levő protonok száma) elem létezését. Ez nem a legnagyobb ismert
atommag, van-e azonban valami elvi felső határa az atom(mag)ok nagyságának? Van
-e egy olyan, aminél nagyobb atommag már elvileg sem lehetséges, nem csak „nem
sikerült eddig megcsinálni”? Feynmann (nagyon vicces Nobel-díjas fizikus bácsi,
akinek szenvedélye volt állítólag a bongózás és a streaptease bárok látogatása,
valamint nagyon szerették a diákjai, mert jó tanár volt) szerint ez a határ a(z elég pontatlan
Bohr-atommodellből) 137-es rendszám, amikoris a legbelső elektronok sebessége
meghaldná a fénysebességet. Azóta elvégzett pontosabb számítások szerint (a relativisztikus
effektusokat is figyelembe vevő Dirac-egyenletből) ez a szám 173. Mások a
határt 128-as (John Emsley) vagy a 155-ös (Albert Khazan)
rendszám jelenti. Megint mások szerint meg nincs határ.
Az persze egy jó
kérdés, hogy vajon a kémiai viselkedésben fennálló periodicitás, amely alapján
Mengyelejev a táblázatot megalkotta, ezekre a mesterséges szupernehéz elemekre
is fennáll-e, hiszen ezeknek a tipikus életidejük a másodperc töredéke, majd
elbomlanak. És ennyi idő alatt nehéz kémiai megfigyeléseket végezni…
4. Mi az igazi a-tom? A tudomány történetének egyik
legnagyobb, többezer éves, még ma is tartó hajszája az igazi a-tom után folyt és folyik, vagyis az után a részecske után, aminek már
nincsenek további alkotórészei, oszthatatlan, görögül atom. A fogalmat még
Démokritosz alkotta meg a következő példázattal: „Képzelje el, hogy megkérem
mindenes szolgámat: fenjen meg egy kést olyan élesre, amilyenre csak lehet...
Mikor kész, előveszek egy darab sajtot... Kettévágom a késsel, aztán az egyik
felét megint ketté, aztán annak az egyik felét megint, és megint és megint. A
folyamatnak valahol be kell fejeződnie, mert az logikai abszurdum, hogy
végtelen sokáig tartson, márpedig csak úgy tud befejeződni, ha eljutunk egy sajtdarabhoz,
amely már nem vágható ketté. És akkor – legalább egy ilyen gondolatkísérlet
során – megkaptuk a végső, oszthatatlan objektumot, az a-tomot.” (Leon Ledermann Nobel-díjas
részecskefizikus Az isteni a-tom – Mi a kérdés, ha a válasz a Világegyetem c.
fantasztikus könyvéből.) Amit ma atomnak hívunk kémiaórán, az a daltoni
értelemben vett atom, és legalább száz éve tudjuk róla, hogy osztható:
elektronokra és atommagra. Az atommag pedig protonokra és neutronokra. Ezek
pedig kvarkokra… A kvarkok és az elektronok – más részecskékkel együtt – mai
tudásunk szerint oszthatatlanok.
5. Milyen a víz szupramolekuláris szerkezete? Ezt a kérdést
a Science magazin (a világ (egyik) legmenőbb tudományos folyóirata) 2005-ben a
100 legfontosabb tudományos kérdés közé választotta. A víz rendezettsége,
rendeződése – szilárd és folyadék fázisban legalábbis biztosan – nem áll meg a
molekulák szintjén, a molekulák elrendeződése nem véletlenszerű, hanem azok
további (szupramolekuláris, „molekulán felüli/túli”) struktúrákat alkotnak,
melyeket klasztereknek hívunk, és amelyeket a vízmolekulák között ható hidrogénkötések tartanak össze. A
legegyszerűbb ilyen képződmény a két vízmolekulából álló dimer, egy viszonylag
bonyolultabb pedig az elméleti számításokkal előrejelzett 100 molekulából álló
klaszter:
A víz
szupramolekuláris szerkezetének megismerésére irányuló kutatások magyarázatot
adhatnak a víz néhány szokatlan tulajdonságára is.
(((Sokzárójelben jegyzem
meg, hogy ezt a sokat emlegetett középiskolai kémia tanárom Meleg Pista
(Nyugodjon békében!) úgy magyarázta, hogy a víz olyan "perverz gernyó", amiben
aztán sokminden megtalálható, csak éppen diszkrét, különálló H2O
molekulák nem.)))
Nemsoká további nyitott kérdések, addig is: válaszra fel!
Nincsenek megjegyzések:
Megjegyzés küldése