Yhdysvaltalaisen Columbian yliopiston tutkijat ovat löytäneet uudenlaisen kemiallisen reaktion, joka saattaa mahdollistaa monenlaisia uusia käytännön sovellutuksia.

Columbia Engineeringin apulaisprofessori Michael P. Burken johtamassa tutkimuksessa on löydetty uusi kemiallisten reaktioiden luokka, jossa kolme eri molekyyliä osallistuu eräänlaisena ”kolmen kimppana” kemiallisten sidosten rikkoutumiseen ja muodostumiseen.

Kolmen eri molekyylin välisen reaktion mahdollistaa ”lyhytaikainen törmäyskompleksi”, joka muodostuu kahden molekyylin törmäyksestä. Tämä törmäyskompleksi elää tarpeeksi pitkään, että kolmaskin molekyyli ehtii törmätä siihen ja reagoida sen kanssa.

Kyseessä on neljäs tunnettu kemiallisten reaktioiden luokka, ja tutkijat kutsutvat sitä ”kemiallisesti termolekuraaliseksi reaktioksi”.

Reaktioiden olemassaoloa on epäilty jo 1920-1930-luvulla Cyril Hinshelwoodin ja Nikolai Semenovin ketjureaktiotutkimuksissa, josta he voittivat Nobelin kemian palkinnon vuonna 1956. Vuosikymmenien ajan tutkijat ovat kuitenkin pitäneet näitä reaktioita epäolennaisina, jos niitä ylipäänsä on olemassa.

Aihetta ei ole juuri tutkittu, mutta Burke päätti tutkia reaktioita pääteltyään, että esimerkiksi monissa moottoreissa on tarpeeksi paljon voimakkaasti reagoivia molekyykejä, jotka voisivat tehdä tällaiset reaktiot mahdolliseksi.

Tutkimus on julkaistu Nature Chemistry -lehdessä.

Avaa uuden mahdollisuuksien maailman

Tähän asti kemiallisia reaktioita on uskottu olevan kolmea tyyppiä: yhden molekyylin reaktioita, kahden molekyylin reaktioita, sekä kolmen molekyylin reaktioita, joissa kaksi molekyyliä törmää ja muodostaa yhdisteen, joiden välillä uusi kemiallinen sidos. Kolmas kaasumainen molekyyli puolestaan poistaa tuon molekyylin sisäistä kineettistä energiaa vakauttaakseen sen.

Erona nyt löydettyyn reaktiotyyppiin tässä kolmannessa tyypissä kolmas molekyyli ei osallistu sidosten murtamiseen tai muodostumiseen vaan vie vain energiaa pois siltä ja estää siten sen hajoamisen spontaanisti.

Nyt löydetyssä neljännessä reaktiotyypissä kolmas molekyyli siis aktiivisesti osallistuu kemiallisten sidosten rikkoutumiseen tai muodostumiseen, Burke sanoo.

Alla olevassa kuvassa asiaa on havainnollistettu. Alussa H- ja O2-molekyylit reagoivat ja muodostavat lyhytaikaisen HO2-kompleksin, jonka kanssa jälleen uusi H-vetymolekyyli reagoi rikkomalla ja synnyttämällä uusia kemiallisia sidoksia.

Burke sanoo, että tällaisten uudenlaisten kemiallisten reaktioiden ymmärtäminen avaa mahdollisuuksia esimerkiksi uudenlaisten moottoreiden kehittämiseen ja pilvimuodostelmien muodostumisen ymmärtämiseen. On jopa mahdollista, että reaktioiden avulla on mahdollista mallintaa, millaisissa olosuhteissa syntyy Maan ulkopuolista elämää.

”Keksintömme avaa uusien mahdollisuuksien maailman”, Burke sanoo tiedotteessa.

Esimerkiksi avaruudesta Maahan palaavat avaruusalukset voivat joutua kokemaan tällaisia kemiallisia reaktioita korkeissa lämpötiloissa, ja niiden ymmärtäminen voi auttaa suunnittelemaan aluksista turvallisempia ja kestävämpiä.