Για πρώτη φορά ορατός ο δεσμός του υδρογόνου

Αριστερά, δεσμοί υδρογόνου ανάμεσα
σε μόρια υδροξυκινολίνης. Δεξιά,
οι αντίστοιχες αναπαραστάσεις (Πηγή: J Zhang et al, Science)

Ο δεσμός υδρογόνου, ένα είδος έλξης που εμφανίζεται ανάμεσα σε ορισμένα μόρια, παίζει κρίσιμο ρόλο για τη χημεία της ζωής. Τώρα, ερευνητές στην Κίνα αναφέρουν ότι κατάφεραν για πρώτη φορά να τον δουν από κοντά - τα μοναδικά πορτρέτα παρουσιάζονται στο περιοδικό Science.

Ο δεσμός έχει υπερβολικά μικρό μήκος για να μπορεί να γίνει ορατός σε οποιοδήποτε οπτικό ή ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Ο άθλος βασίστηκε στο λεγόμενο...

μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM), το οποίο χρησιμοποιεί μια μικροσκοπική ακίδα για να σαρώσει το δείγμα και να συμπεράνει έτσι τις ιδιότητές του.


Στη συγκεκριμένη μελέτη, η ακίδα δεν άγγιζε τα μόρια αλλά ταλαντωνόταν δίπλα τους σε πολύ μικρή απόσταση. Η επιφάνεια του δείγματος άλλαζε τη συχνότητα ταλάντωσης, και η αλλαγή αυτή επέτρεψε την απεικόνιση του δείγματος σε ατομική ακρίβεια.

Η ίδια τεχνική είχε χρησιμοποιηθεί και για την πρώτη άμεση απεικόνιση του ομοιοπολικού δεσμού αλλά και την πρώτη απεικόνιση μορίων πριν και μετά μια χημική αντίδραση.

Τα νέα ευρήματα

Τα αποτελέσματα του πειράματος δείχνουν ξεκάθαρα ότι η μικροσκοπία ατομικής δύναμης μπορεί να βοηθήσει στη μελέτη των δεσμών υδρογόνου, οι οποίοι είναι μεν πανταχού παρόντες, η φύση τους όμως παραμένει αμφιλεγόμενη.

Ο ηλεκτροστατικός δεσμός παίζει κρίσιμο ρόλο στα πιο σημαντικά μόρια που γνωρίζει ο άνθρωπος: είναι η δύναμη χάρη στην οποία το νερό είναι υγρό σε θερμοκρασία δωματίου, αλλά και η δύναμη που συγκρατεί μεταξύ τους τις δύο έλικες στο μόριο του DNA.

Δεσμοί υδρογόνου ανάμεσα στα άτομα υδρογόνου (γκρι) και τα άτομα οξυγόνου (κόκκινο) στα μόρια του νερού

Ο δεσμός αυτός είναι μια διαμοριακή έλξη ανάμεσα σε μόρια που περιέχουν υδρογόνο και εμφανίζουν έντονα ασύμμετρη κατανομή των φορτίων τους. Για παράδειγμα, στο μόριο του νερού τα ηλεκτρόνια έλκονται περισσότερο από τα άτομα οξυγόνου από ό,τι από τα άτομα υδρογόνου, οπότε η μια πλευρά του μορίου έχει μερικό θετικό φορτίο και η άλλη πλευρά αρνητικό. Η «θετική» πλευρά ενός μορίου νερού έλκει την «αρνητική» πλευρά ενός δεύτερου μορίου, οπότε ανάμεσά τους σχηματίζεται ένας δεσμός υδρογόνου.

Για να διευκολύνουν το έργο τους οι ερευνητές στο Εθνικό Κέντρο Νανοεπιστήμης και Τεχνολογίας δεν χρησιμοποίησαν μόρια νερού αλλά την ουσία 8-υδροξυκινολίνη, της οποίας το μόριο έχει το πλεονέκτημα ότι είναι επίπεδο, με τον δεσμό υδρογόνου να προεξέχει και να ξεχωρίζει πιο εύκολα.

Η μελέτη περισσότερων μορίων με δεσμούς υδρογόνου θα μπορούσε στο μέλλον να δώσει οριστικές απαντήσεις για αυτή τη σημαντική διαμοριακής έλξης. «Η φύση του δεσμού υδρογόνου παραμένει αντικείμενο συζήτησης» επισημαίνει ο δρ Κι, επικεφαλής της μελέτης.

Συγκεκριμένα, η μικροσκοπία AFM θα μπορούσε να απαντήσει στο ερώτημα του εάν ο δεσμός υδρογόνου είναι μια ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση, όπως θεωρούνταν για πολύ καιρό, ή αν έχει χαρακτηριστικά ενός πραγματικού χημικού δεσμού, όπως υποδηλώνουν πειράματα περίθλασης ακτίνων Χ.

Βαγγέλης Πρατικάκης

Πηγή:  tovima.gr