Tańce godowe cząsteczek

Rozmawiał Piotr Stanisławski

Przeczytaj, co o tańcach godowych cząsteczek mówi gość kawiarni naukowej, profesor Robert Hołyst z Instytutu Chemii Fizycznej PAN

Piotr Stanisławski: Alfred Nobel w swoim testamencie zarządził, by nagrody jego imienia wręczano za osiągnięcia, które przyniosły ludzkości wielkie korzyści. Jak się to ma do tegorocznego nobla z chemii, którego przyznano za badania w dziedzinie tak egzotycznej, jak chemia powierzchni?
prof. Robert Hołyst: To tylko pierwsze wrażenie - w rzeczywistości chemia powierzchni zajmuje się sprawami tak fundamentalnymi dla ludzkości, jak produkcja nawozów sztucznych.

Fundamentalnymi?!
- Tak przyzwyczailiśmy się do ich stosowania, że faktycznie nie widzimy tu niczego wyjątkowego. Ale gdyby nagle wycofać nawozy sztuczne z rolnictwa, śmierć głodowa czekałaby około cztery miliardy ludzi - niemal dwie trzecie ludzkości. Podstawowym ograniczeniem dla rozwoju wielu roślin jest bowiem niedobór azotu, który jest im niezbędny do prowadzenia fotosyntezy.

Ale przecież azot stanowi aż 78 procent powietrza. Skąd więc problem?
- Kłopot w tym, że azot atmosferyczny tworzy dwuatomowe cząsteczki połączone niezwykle silnym, potrójnym wiązaniem. Rośliny nie mają sposobu na jego rozerwanie więc nie mogą skorzystać z tych zasobów. Natomiast azot w nawozach sztucznych dostępny jest w postaci atomów, które rośliny doskonale przyswajają.

A gdzie w tym wszystkim badania noblisty Gerharda Ertla?
- Choć metodę przemysłowego wytwarzania amoniaku, który jest podstawą uzyskiwania nawozów opracowano niemal sto lat temu, dopiero prace profesora Ertla z początku lat 70. pozwoliły wyjaśnić chemiczne i fizyczne podstawy tej reakcji.
Do jej przeprowadzenia niezbędne jest użycie katalizatora - żelaza. Metale mają szczególną właściwość dawania i zabierania elektronów innym atomom. Dzięki temu właśnie w obecności żelaza zachodzi rozerwanie dwuatomowego azotu, który może dzięki temu wejść w reakcję z wodorem i utworzyć amoniak.
Za opracowanie tego sposobu nobla dostał już w 1918 roku Fritz Haber. Co ciekawe tegoroczny noblista pracował przez wiele lat właśnie w instytucie imienia Habera.

Więc za co wreszcie ten nobel?
- Można powiedzieć, że za pokazanie tego, jak cząsteczki rozpoczynają swój taniec godowy, w którym łączą się w nowe związki z innymi cząsteczkami.

Trudno było ten taniec podejrzeć?
- Bardzo. Chemia powierzchni należy do dziedzin wymagających ogromnych nakładów sił, środków i czasu. Przeprowadzenie podobnych badań wymaga zaangażowania kilkudziesięciu osób i poświęcenia kilkudziesięciu milionów dolarów.

Na co idą takie pieniądze?
- Przede wszystkim na sprzęt i ludzi. Zaobserwowanie reakcji powierzchniowych wymaga stosowania wysokiej próżni porównywalnej z tą w otwartym kosmosie.
Poza tym niezbędne są działa elektronowe, dzięki którym można zobaczyć, jak na trajektorię lotu cząstki wpływa obecność elektronów ułożonych na powierzchni katalizatora. Cały ten wysoce specjalistyczny sprzęt kosztuje majątek.
Podobnie wygląda dziś wiele badań. Przypominają one nieco tworzenie dobrej, rozbudowanej gry komputerowej. Potrzebne są wielkie pieniądze, duże zespoły ludzi i mnóstwo czasu na sprawdzenie wszystkich szczegółów.

Gdzie jeszcze, poza nawozami, przydaje się chemia powierzchni?
- Dziś niemal wszędzie. Katalizatory reakcji chemicznych, którymi się zajmuje ta dziedzina są niezbędne choćby do tworzenia polimerów. A te obecne są przecież wszędzie - poczynając od plastikowej torebki po technologie kosmiczne.
Z resztą niemal każdy korzysta na co dzień z katalizatora, który w samochodzie czy autobusie oczyszcza spaliny. Na cieniutkiej powierzchni platyny toksyczny tlenek węgla zamienia się w stosunkowo niegroźny dwutlenek węgla. A ta reakcja potrafi być wyjątkowo piękna.

A co może być pięknego w spalinach?
- Przemiana tlenku w dwutlenek węgla odbywa się w niezwykły sposób. Cząsteczki "przylepione" do katalizatora nie przekształcają się równocześnie. Reakcja zachodzi stopniowo, a wyspy dwutlenku węgla układają się w piękne pasy i spirale, których kształt zależy od ciśnienia i temperatury, w jakich zachodzi cały proces.

Rozmawiał Piotr Stanisławski

wpisz swój komentarz

Tytuł:		Pseudonim:
Treść:		E-mail:		Zapisz
	Edipresse Polska S.A. zastrzega sobie prawo do usuwania komentarzy łamiących polskie prawo lub zasady dobrego wychowania.

komentarze do artykuŁu

Brak opinii.