Jak cząsteczki w kształcie piłki nożnej występują we wszechświecie

27 marca 2023 (Wiadomości Nanowerk) Od dawna podejrzewano, że fuleren i jego pochodne mogą powstawać naturalnie we wszechświecie. Są to duże cząsteczki węgla w kształcie piłki nożnej, salaterki lub nanorurki. Międzynarodowy zespół naukowców korzystający ze szwajcarskiego synchrotronowego źródła światła SLS w PSI pokazał, jak przebiega ta reakcja. Wyniki zostały właśnie opublikowane w czasopiśmie Nature Communications („Synteza w fazie gazowej C40 Nano miska C40H10"). (Grafika: Shane Goettl/Ralf I. Kaiser) „Jesteśmy gwiezdnym pyłem, jesteśmy złoci. Jesteśmy miliardoletnim węglem”. W piosence, którą wykonali w Woodstock, amerykańska grupa Crosby, Stills, Nash & Young podsumowała, z czego zasadniczo zbudowani są ludzie: gwiezdny pył. Każdy, kto choć trochę zna się na astronomii, może potwierdzić słowa kultowego amerykańskiego zespołu – zarówno planety, jak i my, ludzie, tak naprawdę składamy się z pyłu ze spalonych supernowych i związków węgla sprzed miliardów lat. Wszechświat jest gigantycznym reaktorem, a zrozumienie tych reakcji oznacza zrozumienie pochodzenia i rozwoju wszechświata oraz pochodzenia ludzi. W przeszłości powstawanie fulerenów i ich pochodnych we wszechświecie było zagadką. Te cząsteczki węgla, w kształcie piłki nożnej, miski lub małej rurki, zostały po raz pierwszy stworzone w laboratorium w latach 1980. W 2010 roku kosmiczny teleskop na podczerwień Spitzera odkrył C60 molekuły o charakterystycznym kształcie piłki nożnej, znane jako piłki bucky, w mgławicy planetarnej Tc 1. Są to zatem największe cząsteczki, jakie do tej pory odkryto, o których wiadomo, że istnieją we wszechświecie poza Układem Słonecznym. Ale jak właściwie się tam tworzą? Zespół naukowców z Honolulu (USA), Miami (USA) i Tianjin (Chiny) zakończył właśnie ważny etap reakcji w tworzeniu cząsteczek, przy aktywnym wsparciu ze strony PSI i próżniowej linii ultrafioletowej (VUV) światła synchrotronowego źródło szwajcarski SLS. „PSI oferuje unikalne zaplecze eksperymentalne i dlatego zdecydowaliśmy się na współpracę z Patrickiem Hembergerem z PSI” — mówi Ralf Kaiser z University of Hawaii w Honolulu, wiodący międzynarodowy badacz w tej dziedzinie.

Minireaktor na fuleren

Patrick Hemberger, naukowiec pracujący na linii badawczej VUV w PSI, zbudował minireaktor do obserwacji powstawania fulerenu w czasie rzeczywistym. Rodnik corannulenowy (C20H9) powstaje w reaktorze w temperaturze 1,000 stopni Celsjusza. Ta cząsteczka wygląda jak salaterka, jakby została wycięta z C60 buckyball. Ten rodnik jest wysoce reaktywny. Reaguje z winyloacetylenem (C4H4), który osadza warstwę węgla na krawędzi miski. „Powtarzając ten proces wiele razy, cząsteczka przekształciłaby się w zaślepkę nanorurki. Udało nam się zademonstrować to zjawisko w symulacjach komputerowych” – wyjaśnia Alexander Mebel, profesor chemii na Florida International University i jeden z autorów badania. Ale to nie był jedyny cel badaczy: „Chcieliśmy pokazać, że tego typu reakcja jest fizycznie możliwa” – dodaje Ralf Kaiser. W reakcji powstają różne izomery – cząsteczki, które mają tę samą masę, ale nieco inną strukturę. W przypadku standardowej spektrometrii mas wszystkie te warianty wytwarzają ten sam sygnał. Jednak wynik jest inny w przypadku zastosowania spektroskopii koincydencji fotojonów fotoelektronów, metody przyjętej przez zespół. „Dzięki tej technice struktura krzywej pomiarowej umożliwia wyciągnięcie wniosków na temat każdego pojedynczego izomeru” — wyjaśnia Patrick Hemberger.

Rozwiązanie zagadki klasycznych cząsteczek w kształcie piłki nożnej

„Wszechświat zawiera dziką dżunglę molekuł i reakcji chemicznych – nie wszystkie z nich można jednoznacznie sklasyfikować w sygnałach z teleskopów” — mówi Ralf Kaiser. Wiemy już z modeli, że we wszechświecie istnieje zarówno korannulen, jak i winyloacetylen. Teraz udało się potwierdzić, że cząsteczki te faktycznie tworzą budulec fulerenów. „Dlatego eksperyment w PSI jest dla nas tak cenny”. Ale udana publikacja w Nature Communications to nie koniec historii. Naukowcy chcą przeprowadzić więcej eksperymentów, aby zrozumieć, w jaki sposób we wszechświecie powstają klasyczne kulki bucky, wraz z cząsteczkami fulerenu w kształcie piłki nożnej z 60 atomami węgla i drobnymi nanorurkami z jeszcze większą liczbą atomów.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62682.php