Kanadalaisen Toronton yliopiston tutkijat ovat keksineet tavan vaikuttaa kemiallisen reaktion lopputulemaan manipuloimalla molekyylien impaktiparametriä eli ohitusetäisyyttä.

Ohitusetäisyyteen vaikuttamista on tähän asti kutsuttu ”reaktiodynamiikan kielletyksi hedelmäksi”.

Nobelin kemianpalkinnon työstään kemiallisen kinetiikan saralla vuonna 1986 pokanneen Toronton yliopiston emeritusprofessorin John Polanyin johtama tieteilijäryhmä löysi keinon, jolla vaikuttaa reagenssimolekyylin ja kohdemolekyylin keskinäiseen toimintaan siten, että he pystyvät valitsemaan, miltä etäisyydeltä reagenssi ohittaa kohteensa. Kyseinen tapahtumasarja muuttaa kemiallisen reaktion lopputuotteita.

Reagenssi on aine, jota käytetään kemiallisen reaktion lähtömateriaalina. Esimerkiksi alkuaine rikki on reagenssiaine. Reaktiossa kuluva ja lopputuotteen tai osan lopputuotteista muodostava reagenssi lisätään muiden aineiden joukkoon reaktion aikaansaamiseksi tai sen testaamiseksi, esiintyykö reaktiota.

Kemian tieteenalaa mullistavasta edistysaskeleesta uutisoi EurekAlert-sivusto. Varsinainen tutkimusraportti julkaistiin Science Advances -tiedejulkaisussa.

”Kemistit viskovat molekyylejä toisiinsa tämän tästä toivoen luovansa jotain uutta. Tämän tutkimuksen puitteissa löysimme menetelmän, jonka avulla voimme ohjailla lopputulosta kohdistamalla ammusmolekyylin kohti kohdemolekyyliä tarkkuudella, joka vastaa pientä murto-osaa kohdemolekyylin halkaisijasta”, kertoi Polanyi yliopiston lehdistötiedotteessa.

Molekyylidynamiikkaa voi kemian tapauksessa verrata biljardiotteluun.

Samalla tavoin kuin biljardinpelaaja lyö yhden pallon kohdepalloa kohti, kemisti laukaisee yhden molekyylin toista kohti tarkoituksenaan luoda kemiallinen reaktio.

Tähän asti kemistit ovat kuitenkin räiskineet molekyylejä ympäri pelipöytää täysin sokkona, sillä kohdemolekyyliin tähtääminen ei ole ollut mahdollista molekyylien liikehdinnän luontaisesta satunnaisuudesta johtuen.

”Kemistit ovat vuosien saatossa kehittyneet erittäin taitaviksi sokkopelaajiksi tahmeita palloja (molekyylejä) käyttämällä ja viskomalla niitä vaihtelevalla voimalla. Me oivalsimme sen, miten siteen saa pois silmiltä, ja sen, miten tähtääminen onnistuu jokaisen laukauksen kohdalla”, sanoi Polanyi lehdistötiedotteessa.

Kemistiryhmä talletti molekyylejä metallikiteelle ja ajoi sen jälkeen yhden atomin paksuisesta terävästä metallikärjestä pienehkön sähkövirran yhteen talletettuun molekyyliin.

Lisätty energia sai ammusmolekyylin syöksymään metallikiteen pinnan poikki. Se eteni suorassa linjassa yhtä kiteen kiskomaista harjannetta myöten kohti lähistöllä sijainnutta kohdemolekyyliä ohittaen sen suunnitellulta etäisyydeltä. He onnistuivat siis vaikuttamaan ohitusetäisyyteen ja tutkijat saivat eri etäisyyksillä eri lopputuloksia reaktion suhteen.

”Alustana toimiva kide on meidän biljardipöytämme. Hyödyntäen kiteen pinnan luonnollisia uurteita huomasimme, että kykenimme ohjaamaan matkaavaa ammusmolekyyliä siten, että se joko osui suoraviivaisesti kohdemolekyyliin tai ohitti sen hipaisten halutulta etäisyydeltä. Tällä tavalla, aivan kuten biljardissa, voimme säädellä molekyylitörmäyksen lopputulemaa”, selitti kemistiryhmän jäsen, Toronton yliopiston postdoc-tutkija Kelvin Anggara lehdistötiedotteessa.