Atomlardan Bağlara Bir Tepkimeye Tanık Olmak

> < Bilim ve Teknik Eylül 2013

G

es-nek, şeffaf, iletken ve güçlü yapı-sıyla son zamanlarda malzeme biliminin popüler bir konusu. ABD Ulusal Law-rence Berkeley Laboratuvarı araştırma-cıları grafene farklı özellikler kazandır-mak amacıyla nano yapısı farklı bir gra-fen türü geliştirmek için gerçekleştirdik-leri deney sırasında, moleküldeki kar-bon atomlarının ve aralarındaki kimya-sal bağların görüntülerini almayı başar-dı. Bu görüntüler bir tepkime sırasın-da molekülün yapısının nasıl değiştiği-ni açık bir şekilde gösteriyor. Araştırma-cılardan Felix Fischer bu olağanüstü gö-rüntüleri elde etmeyi düşünmediklerini, deneyin asıl amacının tepkimenin ken-disi olduğunu söylüyor. Atom ölçeğin-deki bu görüntüler yüksek hassasiyette-ki atomik kuvvet mikroskobunun kulla-nılması sayesinde elde edildi.

Tepkimenin hızını kontrol etmek için metal katalizörlerin kullanıldığı deneyde araştırmacılar, metal yüzeyinde gerçek-leşen olayları yani atomlar arasında han-gi bağların kırılıp hanhan-gi bağların oluş-tuğunu anlamalarına yardımcı olabile-cek, hassasiyeti yüksek bir yönteme ihti-yaç duydu. Bu amaçla kullanılan atomik kuvvet mikroskobu, moleküler yapıların nasıl şekil değiştirdiği ve oluşan yapıla-rın birbiriyle ilişkisi açısından önemli bil-giler sağlıyor. Böylece atomların yapı için-de istenilen şekiliçin-de konumlanması sağla-narak elektronik cihazlar için yeni geliş-melere imkân veren nano yapılar tasar-lamak mümkün olabilir. Kimyasal tepki-meleri gerçekleştirirken maddeler cam bir kap içinde bir araya getiriliyor ve tepkime sonucunda bazı değişimler oluyor. Ancak bu sırada aslında ne olduğu, bugüne kadar hep dolaylı yöntemlerle anlaşılabiliyordu.

Nükleer manyetik rezonans, kızılötesi ve morötesi spektroskopi gibi yöntemlerle elde edilen bilgilerin anlaşılabilmesi için sonuçların bir bulmacanın parçaları gibi anlamlı bir şekilde bir araya getirilmesi gerekiyor. Ancak bu şekilde sonuçta olu-şan yapı hakkında bir fikir sahibi olabi-liyoruz. Bu yöntem ise molekülün tepki-me sırasında ne gibi değişimlere uğradı-ğını bize doğrudan gösterebiliyor.

Bu çalışmada araştırmacılar karbon atomlarının altıgen şekilde düzenlendi-ği grafen yapısına küçük molekül grupla-rı ekleyerek, bu yüzeyleri istedikleri özel-likte bir yapı oluşturmak üzere bir araya getirmeyi amaçladı. Ancak oluşan yapı-nın istenilen yapıyla aynı olup olmadığı-nı anlamak gerekiyordu. Karbon atom-larının birbirlerine altıgen bir yapı oluş-turacak şekilde bağlandığı halkalı yapı-lardan meydana gelen organik molekül, tepkimeye girene kadar ısıtıldıktan son-ra moleküllerin titreşim hareketlerinin neredeyse durduğu -270˚C sıcaklığa (4 Kelvin) kadar tekrar soğutularak tepki-me sonunda oluşan ürünler görüntülen-di. Tepkimenin metal bir yüzey üzerin-de gerçekleştirilmesi tepkimenin etkinli-ğini azaltsa da, bu sayede tek bir molekü-lü gözlemlemek mümkün.

Bu gelişme öğrencilerin kimyasal ya-pıları ve tepkimeleri daha iyi kavrama-sına yardımcı olmanın yanı sıra kimya-cılara bir tepkime sonucunda istenilen ürünlerin oluşması için tepkimeyi yön-lendirebilme imkânı da veriyor.

Atomlardan Bağlara

Bir Tepkimeye Tanık Olmak

Bir molekülün atom ölçeğinde fotoğrafını çekmek aslında kâğıt üzerindeki bir bilginin canlanması

gibi bir şey. Daha önceki çalışmalar sayesinde kimyasal bir tepkime sırasında molekülde

neler olduğuyla ilgili önemli bilgiler elde edilmesine rağmen, tepkime sürecinde atom

seviyesindeki düzenlenmelerin nasıl gerçekleştiğini deneysel olarak takip etmek mümkün olmamıştı.

Pek çok durumda tepkimeye giren maddelerin çoğunlukla gaz halinde olması gibi nedenlerle,

bir tepkime doğrudan gözlemlenemiyor.

Tuba Sarıgül

T > 900 _C

Tepkimeye giren molekül (C₂₆ H₁₄) Tepkime sonucunda oluşan farklı moleküler yapıdaki ürünler (C₂₆ H₁₄)

59 59