Επιστήμονες καταρρίπτουν κανόνες δεκαετιών στη χημεία με το επίτευγμα των ελεύθερων ηλεκτρονίων.
Σε μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τις χημικές διεργασίες και τη συμπεριφορά της ύλης ανακοίνωσε διεθνής ομάδα ερευνητών.
Συγκεκριμένα, σύμφωνα με τη νέα στρατηγική, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature οι επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον και οι συνεργάτες τους προχώρησαν σε μια κίνηση που μπορεί να ξεπεράσει ένα επίμονο πρόβλημα επιλεκτικότητας στη μεταφορά ηλεκτρονίων.
Οι ερευνητές συγκεκριμένα χρησιμοποίησαν προηγμένες πειραματικές τεχνικές και εξειδικευμένα συστήματα παρατήρησης για να καταγράψουν με πρωτοφανή ακρίβεια τις κινήσεις και τις αλληλεπιδράσεις των ηλεκτρονίων.
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν φαινόμενα που δεν συμβαδίζουν πλήρως με τα υπάρχοντα θεωρητικά μοντέλα, γεγονός που υποδεικνύει ότι ορισμένες χημικές διεργασίες ίσως εξελίσσονται με διαφορετικό τρόπο από αυτόν που πίστευαν μέχρι σήμερα οι επιστήμονες.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η προοπτική αξιοποίησης των νέων γνώσεων σε τεχνολογίες καθαρής ενέργειας. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι η βαθύτερη κατανόηση των ηλεκτρονικών διεργασιών θα μπορούσε να συμβάλει στη δημιουργία πιο αποτελεσματικών μπαταριών, φωτοβολταϊκών συστημάτων και άλλων ενεργειακών εφαρμογών που θα μειώσουν την εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα.
Παράλληλα, τα ευρήματα ενδέχεται να επηρεάσουν και άλλους τομείς, όπως η νανοτεχνολογία, η φαρμακευτική έρευνα και η ανάπτυξη νέων ηλεκτρονικών συσκευών. Σε πολλές περιπτώσεις, η ακριβής διαχείριση της κίνησης των ηλεκτρονίων αποτελεί το «κλειδί» για τη δημιουργία πιο γρήγορων, αποδοτικών και ενεργειακά οικονομικών τεχνολογιών.
Η επιστημονική κοινότητα αντιμετωπίζει τα αποτελέσματα με μεγάλο ενδιαφέρον, καθώς προσφέρουν νέες απαντήσεις αλλά και νέα ερωτήματα. Όπως συμβαίνει συχνά με τις μεγάλες ανακαλύψεις, τα ευρήματα αναμένεται να αποτελέσουν αφετηρία για περαιτέρω έρευνες που θα επιβεβαιώσουν, θα επεκτείνουν ή ακόμη και θα αναθεωρήσουν τις σημερινές γνώσεις γύρω από τη χημεία και τη φυσική της ύλης.
«Ο καταλύτης μας λειτουργεί λίγο διαφορετικά, επειδή στην πραγματικότητα απλώς εκτοξεύει το ηλεκτρόνιο απευθείας μέσα στον διαλύτη. Αυτό σας δίνει, πάνω-κάτω, το ισχυρότερο αναγωγικό μέσο και την πιο επιθετική πηγή ηλεκτρονίων που θα μπορούσατε να έχετε, καθώς ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο θα προτιμούσε να βρίσκεται βασικά σε οποιοδήποτε μόριο, παρά μόνο του μέσα στο διάλυμα» ανέφερε ο καθηγητής στο Τμήμα Χημείας του UW–Madison που ηγήθηκε της έρευνας Ζάκαρι Γουίκενς.
Χημεία: Κρίνουν τα αποτελέσματα τα επόμενα βήματα
Τα στάδια που ακολουθούν θα κρίνουν τα αποτελέσματα της έρευνας, σύμφωνα με τον Ρόμπερτ Πέιτον που ηγήθηκε του έργου στο Κρατικό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο με την υποστήριξη του Κέντρου για τη Βιώσιμη Φωτοχημική Κατάλυση Οξειδοαναγωγής (SuPRCat), το οποίο χρηματοδοτείται από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών των ΗΠΑ (NSF).
«Οι υπολογισμοί μας αποκαλύπτουν πώς η καθοριστική επιλεκτικότητα εμφανίζεται αφού έχει ήδη πραγματοποιηθεί η μεταφορά του ηλεκτρονίου» ανέφερε αρχικά για να προσθέσει:
«Διαπιστώσαμε ότι το επιθυμητό αντιδρών σώμα μπορεί να αποφύγει την αντίστροφη πορεία και να συνεχίσει προς τον σχηματισμό του προϊόντος, ενώ το έτερο μόριο —που ανάγεται πιο εύκολα— ουσιαστικά ανακυκλώνεται και επιστρέφει στην αρχική του μορφή. Αυτό εξηγεί πώς η αντίδραση μπορεί να στεφθεί με επιτυχία, παρά τη συνηθισμένη θερμοδυναμική προτίμηση».
