Čeští vědci se podívali do molekuly, jsou v tom první na světě. Prokázali existenci předpokládané ‚pí díry‘
Čeští vědci se jako první na světě podívali přímo do molekuly. Díky tomu prokázali existenci takzvané π-hole, pí díry, která výrazně ovlivňuje vlastnosti látek. Předpovězená byla už před několika desítkami let, ale zatím ji ještě nikdo neviděl. Až teď se to povedlo českým vědcům, jejich práci publikoval prestižní vědecký časopis Nature Communications.
„Člověk pracuje tak trochu na principu: Neuvěřím, dokud neuvidím. I svatý Tomáš musel sáhnout do rány Ježíšovy, aby zjistil, že skutečně byl vzkříšený,“ s úsměvem říká Pavel Jelínek z Fyzikálního ústavu Akademie věd, spoluautor nové studie.
Poslechněte si reportáž Evy Kézrové o tom, jak se vědci poprvé podívali do molekuly
Ve speciálně upraveném mikroskopu jako první na světě nasnímal pí díru, tedy nedostatek elektronů v aromatických molekulách, který úplně mění jejich vlastnosti.
„Vidíme dva obrázky. Levý je teoretická předpověď. Vidíme, že zhruba nad skeletem uhlíkových atomů je modrá. Modrá značí nedostatek elektronů, to je ta díra. A teď se prosím podívejte vpravo. A to je experiment. A tam, kde teorie říká modrá, je modrá i tady. Čili tady chybí elektrony. Souhlas je stoprocentní,“ přibližuje výsledné srovnání teoretický chemik Pavel Hobza k Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd.
„Naprosto dokonalé. Takhle to vypadá. To je první vizualizaci pí díry v aromatických molekulách,“ ukazuje.
Podle Hobzy jde o zásadní potvrzení předpokladu, který se využívá například při vývoji léčiv nebo nanomateriálů.
„Pí díra je vlastnost molekuly. Můžeme si představit sopku, má krásný vrchol a po výbuchu sopky se ukáže kráter. A přesně to je ta pí díra, o které mluvíme,“ nastiňuje.
Aromatickou molekulu si můžeme představit jako šestiúhelník, v jehož každém rohu jsou kolmo jakési prodloužené osmičky, které tak vytvoří vrstvu pod ním i nad ním. Je záporná, protože jsou v ní jen elektrony.
Čeští vědci jako první na světě nahlédli dovnitř atomu. Průlomový objev může vést i k novým léčivům
Číst článek
Nejznámější je benzen, pokud ale jeho šest vodíků nahradíme například fluorem, tak elektrony zmizí.
„Všechny pí elektrony jsou odtaženy, není tam žádný elektron, zůstane tam opravdu hluboká díra, jako v sopce. A ten náboj musí být kladný. Samozřejmě kladná pí díra se projeví ve vlastnostech molekul, které jsou naprosto odlišné od chování aromatických molekul,“ přibližuje chemik Hobza.
Kelvinova sonda
Dlouhá léta neexistovala technika, která by umožňovala vidět do atomů a molekul. To změnil vynález elektronového mikroskopu. Jeden z jeho typů, takzvanou Kelvinovu sondu, ale naši vědci museli podle Jelínka z Fyzikálního ústavu Akademie věd nejprve upravit.
„Chyběl popis toho, jak vlastně funguje Kelvinova sonda na atomární úrovni. Takže jsme si vytvořili teoretický model, který popisuje interakci mezi oblaky elektronu na hrotu a povrchu, tam dochází ke změně kladného a záporného náboje,“ říká.
A pak už to bylo svým způsobem jednoduché, s tímto mikroskopem pracovali prakticky jako s tužkou.
Proč nemáme u Vltavy české Silicon Valley? Legislativa hází vědě klacky pod nohy, tvrdí Konvalinka
Číst článek
„Úplně na špici té tužky – to se jmenuje funkcionalizovaný hrot – je atom xenonu nebo molekula oxidu uhelnatého. Oni mají rozdílné náboje, čili jako by ta tužka byla jednou červená a modrá. A snímá to, co je pod ním,“ vysvětluje.
Jak ale upozorňuje Pavel Hobza, atom je nejmenší částice na světě, takže za desetinnou čárku musíme napsat 27 nul a teprve pak číslo, které udává jeho hmotnost. I to je důvod, proč je jednodušší některé zákonitosti popsat teoreticky, než je experimentálně potvrdit.
„Já jsem teoretik. Pro nás je zadostučinění, že teorie je schopna předpovídat veškeré normální, ale i zvláštní chování molekul velmi snadno,“ přibližuje.
„Na druhou stranu experimentátoři říkají: Je nádherné, že jsme něco takového dokázali, že uvidíme nejen atomy. A když jsem poprvé viděl atom, to byl zázrak, ale my vidíme rozložení elektronu kolem atomu, který je nerovnoměrný. A tady vidíme rozložení elektronu kolem molekuly, my to vidíme a to je neuvěřitelné,“ těší Hobzu.
Toto poznání může zjednodušit vývoj léčiv a materiálů.
