2014. január 3., péntek

Minden jó, ha a vége…nyitott

Azért ez a bejegyzés címe, mert még az év VÉGÉ-re íródott.

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