Saksamaa Keemia Seltsis 1890. aastal peetud kõnes ütles Friedrich Auguste Kekule, et ta avastas benseeni molekuli struktuuri pärast ühte unenägu, milles madu hammustas ühtäkki iseennast sabast ja moodustas nii ringi. Kuuest süsinikuaatomist koosnevad ringid on tänaseni keemias üliolulised, kui aromaatsete ühendite ehituskivid. Nüüd on füüsikutel õnnestunud viiest niisugusest rõngast koosnevat pentatseeni molekuli aatomjõumikroskoobi abil enneolematult detailselt näha.
Teatavasti seab valguse lainepikkus optiliste mikroskoopide lahutusvõimele piirid. Ehkki neidki on nihutatud (vt. näiteks
 |
| H. Käämbre õpik. Kaanepildil 48 raua-aatomit vase pinnal. Kaante vahel palju huvitavat alustamaks tutvust aatomite maailmaga. Pilt: Koolibri |
[1]), on üksikute aatomite vaatluseks välja töötatud skaneeriv tunnelmikroskoop (STM) ja aatomjõumikroskoop (AJM). Mõlemad toimivad ülipeene, üksikutest aatomitest koosneva tipuga uuritavat pinda sondeerides. Kui STM mõõdab nõrka elektrivoolu tipu ja uuritava objekti vahel, siis AJM mõõdab tipu ja objekti vahel mõjuvaid jõudusid. Nii saadud pildid aatomite korrapärasest paigutusest on saanud tuntuks; näiteks leiab huviline STM abil saadud pildi vasest alusel paiknevatest raua-aatomitest Henn Käämbre õpiku "Füüsika XII klassile: Aatom, molekul, kristall" kaanelt. Ehkki aatomeid on juba mõnda aega eristada suudetud, pole neist koosnevate suuremate molekulide jäädvustamine kaugeltki sama ladus olnud. Üksikud aatomid kristallvõres panevad sondeerimisele hästi vastu, kuid orgaaniliste molekulide jaoks on see tehnika seni liiga vägivaldne olnud. Siin tuleb silmas pidada, et nii väikeseid objekte, kui aatomid, ei saa vaadelda ilma neid seejuures paratamatult mõjutamata. Ajakirja Science värskes
 |
| A: Pentatseeni molekuli struktuur, B: STM pilt pentatseeni molekulist, C ja D: Ühe ja mitme pentatseeni molekuli ülesvõtted CO tipuga AJM-ga Pilt: Science |
väljaandes tutvustavad Zürichis asuva IBM labori teadlased katseid, mille tulemusena õnnestus aatomjõumikroskoopi täiustada nii, et selle abil sai üles võtta enneolematult selge pildi viiest benseenirõngast koosnevast pentatseeni molekulist. Üks seniseid piiranguid AJM kasutamisel on olnud sondeeriva tipu "materjali" valik. Materjali jutumärkides, sest IBM teadlsed saavutasid parima tulemuse, kui skaneeriva tipu otsas oli üksainus süsinik-mono-oksiidi (CO) molekul hapniku aatomiga allapoole. Teiseks uuenduseks oli tipu viimine pentatseeni molekulile piisavalt lähedale, et harilikult domineerivate van der Waalsi (tõmbe)jõudude kõrval hakkas olulist rolli mängima Pauli keeluprintsiibist tulenev tõukumine. Sel viisil mõõdeti tipule mõjuvat jõudu nii CO molekuliga kui ilma, et nende lahutamisel saada teada ainult CO molekulile mõjuvad jõud. Tulemust võrreldi kondensainefüüsikast tuntud tihedusfunktsionaalide teoorial (Wikipedia: DFT) põhineva arvutuse tulemusega, mis langes mõõdetuga hästi kokku. Pauli keeluprintsiibist tulenev tõukumine oli tugevaim tipu elektrontiheduse ja pentatseeni molekuli elektrontiheduse suurima kattumisega piirkondades: süsiniku aatomite ja neid ühendavate keemiliste sidemete kohal. Teadlaste sõnul oli enneolematu lahutusvõime saavutamiseks vajalik just tõukuvas re¸iimis mõõtmine, sest van der Waalsi tõmbejõud on molekuli sisestruktuuri uurimiseks liialt vähemuutlikud. Sama oluliseks tuleb pidada tipu ehituse täpset tundmist. Tulevikus loodetakse kirjeldatud meetodiga uurida üksikute keemiliste sidemete pikkuseid ja kordsuseid keerukates molekulides, aga ka tipuks kasutatava molekuli ja uuritava molekuli kindlate osade vahelist reaktiivsust.
Allikad:
1. Science 25 May 2007: Far-Field Optical Nanoscopy
2. Science 28 August 2009: The Chemical Structure of a Molecule Resolved by Atomic Force Microscopy
Toimetas Erik Randla
Leave a Reply