În rândurile de mai jos, am ales să prezint trei dintre momentele esențiale prin care chimia și-a demonstrat impactul asupra societății, în anul 2016. Bineînțeles că implicațiile chimiei au fost mult mai numeroase, dar aici am ales să aduc în prim-plan cele patru elemente chimice care au completat perioada a 7-a a sistemului periodic al elementelor, cea mai polară moleculă sintetizată vreodată, precum și pe laureații Premiului Nobel pentru Chimie acordat anul acesta.
Au fost confirmate și denumite patru elemente chimice noi
Anul 2016 a adus confirmarea și totodată denumirea științifică pentru cele mai noi patru elemente chimice izolate și identificate. Acestea au fost adăugate sistemului periodic al elementelor și astfel a fost completată cea de-a 7-a perioadă din tabelul lui Mendeleev. Aceste elemente chimice sunt nihoniu (Nh), moscoviu (Mc), tennessin (Ts) și respectiv oganesson (Og), iar ele au fost aprobate de Uniunea Internațională pentru Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) în data de 28 noiembrie.
Denumirea pentru elementul 113, nihoniu, a fost propusă de către cei care l-au descoperit, și anume cercetătorii de la Centrul Nishina RIKEN din Japonia. Numele provine de la termenul „Nihon” care reprezintă una dintre cele două modalități de a spune „Japonia”, în japoneză, care literalmente s-ar traduce „țara soarelui-răsare”.
Alte două denumiri – moscoviu care reprezintă elementul chimic cu numărul 115, și respectiv tennessin, cel de-al 117-lea element chimic – au fost propuse tot de către cei care le-au descoperit. A fost vorba despre o echipă mixtă de oamenii de știință ruși și americani de la Institutul pentru Cercetare Nucleară din Dubna (Rusia), Laboratorul Național Oak Ridge (SUA), Universitatea Vanderbilt (SUA) și Laboratorul Național Lawrence Livermore (SUA). Ambele denumiri ale elementelor chimice respectă tradiția de a onora un loc sau o regiune geografică. Moscoviu aduce o apreciere capitalei ruse, Moscova, iar tennessin este o apreciere adusă contribuției, mai multor instituții din statul Tennessee, la cercetările din domeniul elementelor supergrele. În această regiune se găsesc Laboratorul Național Oak Ridge, Universitatea Vanderbilt și Universitatea Tennessee din Knoxville.
În cele din urmă, păstrând tradiția de a aduce un omagiu unui om de știință, denumirea de oganesson, pentru elementul 118, a fost propusă de către echipa mixtă de cercetători din Dubna, respectiv de la Laboratorul Național Lawrence Livermore. Profesorul Yuri Oganessian (născut în 1933) este unul dintre pionierii care și-a adus contribuția în domeniul cercetării elementelor transactinoide. Printre numeroasele sale realizări se numără descoperirea unor elemente supergrele și dezvoltarea unor teorii din spectrul fizicii nucleare, privind nucleele supergrele.
A fost stabilit recordul pentru cea mai polară moleculă neutră
Moleculei unui benzen hexasubstituit i s-a atribuit cel mai mare moment de dipol care a fost înregistrat vreodată de o moleculă neutră. Momentul de dipol este legat de distribuirea inegală a sarcinilor electronilor în cadrul unei molecule. Și pentru a nu crește suspansul, voi dezvălui compusul chimic. Este vorba despre molecula 5,6-diamino-1,2,3,4-tetranitrilbenzenului, reprezentată grafic, cu bile, în figura de mai jos.
Chimiștii au reușit astfel să dezvolte o nouă moleculă de benzen hexasubstituit, în care grupările ciano, atrăgătoare de electroni, aflate într-o parte a inelului aromatic și grupările amino, respingătoare de electroni, grefate pe partea opusă, își combină efectele electromere, asupra densității electronilor, în aceeași direcție. Acești compuși se remarcă prin faptul că sunt cele mai polare molecule neutre care au fost obținute vreodată.
Aceste molecule au fost investigate prin metode spectroscopice dielectrice și prin Transformare Fourier discretă, iar rezultatele au arătat că acest derivat al benzenului are un moment de dipol care depășește 10 debye. Asemenea valori ale dipolului se regăsesc în materiale feroelectrice sau în cele fotovoltaice de tip organic. Structura moleculei a putut fi determinată prin cristalografie cu raze X, iar proprietățile optice prin absorbție UV-VIS și prin spectroscopie de fluorescență.
Motoarele moleculare sunt declarate „învingătoare” după acordarea Premiului Nobel pentru Chimie
Premiul Nobel pentru Chimie din anul 2016 a fost acordat pentru eforturile depuse în cadrul cercetărilor științifice realizate pentru designul și producția de „mașini” moleculare. Această distincție supremă în știință a fost acordată lui Jean-Pierre Sauvage, de la Universitatea din Strasbourg (Franța), către Sir J. Fraser Stoddart, de la Universitatea Northwestern (Illinois, SUA) și lui Bernard L. Feringa, Universitatea din Groningen (Olanda) pentru designul și producerea de mașini moleculare. Ei au dezvoltat molecule ale căror mișcări pot fi controlate și care pot îndeplini anumite sarcini atunci când primesc energia necesară.
Dezvoltarea din domeniul calculatoarelor demonstrează modul prin care miniaturizarea tehnologiei poate conduce la o revoluție, practic în orice domeniu. Laureații Premiului Nobel pentru Chimie din 2016 au miniaturizat mașinile și au dus chimia într-o cu totul altă dimensiune.
Primul pas către mașinile moleculare a fost realizat de către Jean-Pierre Sauvage în anul 1983, când a reușit cu succes să realizeze o legătură între două molecule ciclice pentru a forma o structură asemănătoare cu cea a două zale ale unui lanț, denumită catenan. (vezi figura din dreapta)
În mod firesc, moleculele sunt formate din legături chimice covalente în care atomii pun în comun electroni, dar în această nouă structură, moleculele sunt unite printr-o legătură mai slabă, o legătură mecanică. Pentru ca o masină să fie capabilă să îndeplinescă o anumită sarcină ea trebuie să fie formată din părți care se pot mișca unele în relație cu altele. Aceste două inele îndeplineau exact această cerință.
Cel de-al doilea pas a fost realizat de Fraser Stoddart în anul 1991, odată cu dezvoltarea rotaxanului. Acesta a filetat un inel molecular într-un ax molecular și a demonstrat faptul căă inelul era capabil să se deplaseze de-a lungul axului. Printre noile descoperiri care au avut la bază rotaxanii se numără un lift molecular, un mușchi molecular și un chip molecular pentru calculator.
Bernard Feringa a fost prima persoană care a dezvoltat un motor molecular. În anul 1999 el a reușit să determine o pală a unui rotor să se rotească încontinuu în aceeași direcție. Utilizând aceste motoare moleculare, el a reușit să rotească un cilindru de sticlă, de 10000 de ori mai mare deât motorul molecular. De asemenea a dezvoltat și un nanoautoturism.
Laureații Premiului Nobel pentru Chimie ai anului 2016 au reușit să scoată sistemele moleculare din starea lor de echilibru și să le aducă într-o stare cu energie mai ridicată, în care mișcările lor pot fi controlate. Ca și o paralelă, pentru a înțelege în ce etapă a dezvoltării acestui domeniu suntem, motoarele moleculare sunt cam la același nivel precum erau motoarele electrice în anii 1830. Atunci, oamenii de știință arătau diferite roti și piese care se mișcau, dar nu aveau idee că aceste vor duce până la urmă la mașini de spălat, ventilatoare sau echipamente utilizate în industria alimentară. Mașinile moleculare vor fi utilizate, cel mai probabil, la dezvoltarea unor noi materiale, a unor senzori sau a unor sisteme de înmagazinare a energiei.
Concluzii
După cum se poate observa cu ușurință din acest scurt istoric, munca în cercetarea științifică nu este ceva ce îți aduce satisfacțiile meritate, într-o perioadă scurtă de timp. Câteodată este nevoie de 30 de ani pentru a fi recunoscut, iar câteodată s-ar putea ca această recunoaștere să nu vină niciodată. În schimb, ea poate să fie acordată succesorilor, celor care continuă munca începută.
Anul 2016 a adus în față încă un exemplu foarte clar de ce înseamnă perseverență, dedicație și aducere împreună a celor mai bune idei. Colaborarea internațională și munca în echipă sunt categoric cheia succesului în orice domeniu, cu atât mai mult în cel științific.
Webografie