Čeští vědci dokázali zobrazit molekuly v subatomárním rozlišení

Klíčový pohyb hydrátů

Hydráty sodíku možná nezní zrovna vábně, v chemii, biologii i fyzice však plní extrémně významnou roli. Ovlivňují korozi materiálů, elektrochemii i transport iontů v živých organismech. Doposud samozřejmě věda měla již nějaké poznatky o jejich struktuře a fungování, česko-čínská novinka však dovoluje zcela novou úroveň poznání.

Čím detailněji přitom povrchové vlastnosti chápeme, tím lépe je pak můžeme ovlivňovat.

Jak totiž naznačuje název, hydráty sodíku se sestávají z atomů sodíků a doposud neznámého množství molekul vody – právě jejich přesný počet však zatím zůstával neznámý. Již samotné měření hydrátů sodíků totiž přenosem energie rozbíjí vazby měřené struktury, a tak ji paradoxně rozbíjí.

V posledních deseti letech sice mikroskopová technologie začala manko hydrátů sodíku dohánět, stále jí však k úspěchu cosi chybělo. Společný výzkum čínských a českých vědců z Fyzikálního ústavu a Ústavu organické chemie a biochemie AV a Univerzity Palackého však přišel se způsobem, jak pomocí hrotové mikroskopie prolomit hranici poznání.

Nový typ hrotu

Čínský tým nejprve precizní chemickou manipulací vytvořil několik klastrů hydrátu sodíku o přesně známém (dopředu připraveném) počtu molekul vody, na nichž pak Češi otestovali svůj nový rastrovací mikroskop. Jeho tajemstvím je hrot z molekuly oxidu uhelnatého, který slouží jako zesílení slabého signálu pozorované struktury.

Vědci tak konečně můžou změřit nejen přesný počet molekul vody, ale i sledovat celé vnitřní uspořádání struktury.

Takto vybaveni nakonec mohli hydráty sodíku pomocí elektrického pulzu i rozhýbat a zahájit historicky první měření celé struktury. "Zjistili jsme, že nejrychleji se pohybuje iont sodíku hydratovaný třemi molekulami vody. Z toho vyplývá, že právě tento typ klastru bude hrát významnou roli pro možnost řízení transportu sodíku v biologii nebo ovlivňovat korozi," sdělil k výzkumu jeho vedoucí Pavel Jelínek.

Nová metoda zobrazení však sahá dále za iontové hydráty. Vědci byli s to rovněž změřit rozložení elektrostatické pole jednotlivých molekul. To ovlivňuje například místo, kde v molekule dochází na chemické reakce s jinými sloučeninami. I tohle zjištění může nést významný posun materiálové fyziky a chemie.

Průlom v mnoha polích

Ilustruje to poslední významný počin Fyzikálního ústavu, který díky této nově objevené zobrazovací metodě dovedl určit chiralitu molekul až dokonce elektronegativitu jednotlivých atomů. Něco podobného bylo doposud nemyslitelné. "Tyto znalosti nyní můžeme využít k cílenému řízení chemických reakcí, například v katalýze nebo biochemii," dodal Jelínek.

Ačkoliv tak česko-čínský výzkum nelze shrnout jednoduchou deklarací "revoluce pro obor XY", v praxi bude lepší chápání hydrátů sodíku poznat v medicíně, průmyslu, výdrži materiálů i nanotechnologiích.

Informace o práci publikoval Fyzikální ústav Akademie věd.