Tiede

Tässä on maailman tiukin solmu – kokoa vain 20 millimetrin miljoonasosaa

Tässä on maailman tiukin solmu – kokoa vain 20 millimetrin miljoonasosaa

Molekyylisolmun keskellä oleva vihreä pallura on kloridiatomi.

Vesa VanhalakkaAamulehti

Tutkijat Manchesterin yliopistossa Englannissa ovat tuottaneet molekyyleistä tähän mennessä monimutkaisimman ja tiukimman solmun, jolla on säännöllinen rakenne.

Molekyylisolmussa on vain 192 atomia, ja sen säikeet risteävät toistensa kanssa kahdeksan kertaa. Pituutta solmun molekyylijuosteella on vain 20 nanometriä eli millimetrin miljoonasosaa.

Tällaisten solmittujen molekyylikuitujen avulla voidaan kehittää entistä kevyempiä, kestävämpiä ja joustavampia uusia materiaaleja.

- Solminta on samanlainen prosessi kuin kutominen, joten oppimalla tekemään monimutkaisempia molekyylisolmuja opimme myös molekyylisäikeiden kutomisesta, tutkimusryhmää johtava kemisti David Leigh kertoo Manchesterin yliopiston tiedotteessa Tutkimuksen julkaisee Science perjantaina ilmestyvässä numerossaan.

Esimerkiksi luotiliiveissä käytettävä kevlar-keinokuitu koostuu yhdensuuntaisista molekyylisauvoista.

- Kutomalla molekyylisiä keinokuituja ristikkäin voidaan oppia tekemään entistä kestävämpiä ja kevyempia materiaaleja samaan tapaan kuin kankaita kudotaan, Leigh sanoo.

Maailman tiukin molekyylisolmu solmittiin rautaionien ympärille itseohjautuvasti kietoutuvien molekyylien avulla.

Rautaionien lisäksi säikeissä käytettiin rakennusaineena happi-, typpi- ja hiiliatomeita. Mukana oli myös yksi kloridi-ioni.

Vesa Vanhalakka Twitterissä: @vanhalakka


Kommentit (2)

  • Nimetön

    Kuvateksti: ”Molekyylisolmun keskellä oleva vihreä pallura on kloridiatomi. ”
    No ei ole.
    Kloridiatomia ei ole olemassakaan. On klooriatomi ja kloridi-ioni. Klooriatomista tulee kloridi-ioni, kun klooriatomi ottaa vastaan ylimääräisen elekronin. Mutta kloridiatomia ei ole olemassakaan.

  • Nimetön

    Molekyyli on kahden tai useamman kovalenttisesti sitoutuneen atomin muodostama sähköisesti neutraali ryhmä. Molekyyli on aineen pienin osa, joka säilyttää koostumuksensa ja kemialliset ominaisuutensa. Atomit muodostavat toistensa kanssa erilaisia sidoksia. Sidoksen muodostavien atomien uloimmat orbitaalit hybridisoituvat eli ”yhtyvät” ja muodostavat tietyn määrän samanenergiaisiä hybridiorbitaaleja. Hybridiorbitaalien lukumäärä riippuu hybridisoitumistyypistä eli siitä, montako atomiorbitaalia hybridisoitumiseen osallistuu. Alkeellisimmat hybridisoitumistyypi ovat sp³-, sp²- ja sp-hybridisaatiot. Näissä hybridisaatioissa yksi s-orbitaali yhdistyy p-orbitaalien kanssa. Hybridisoituvien p-orbitaalien lukumäärä selviää p-orbitaalin eksponentista.

    Atomien välinen kovalenttinen sidos muodostuu atomien orbitaalien peittäessä toisiaan. Jos orbitaalit peittävät toisiaan sidosakselin suuntaisesti (tällöin peittoaminen on vahvaa), syntyy σ-sidos. Näin tapahtuu esimerkiksi s- ja p-orbitaalien muodostaessa sidosta tai kahden p-orbitaalin muodostaessa sidosta, mikäli p-orbitaalit peittävät toisiaan pituussuunnassa. Mikäli molekyylin atomit ovat sp³-hybridisoituneita, niiden välille syntyy σ-sidos. σ-sidos on pyörähdyssymmetrinen eli sidos ei rikkoudu vaikka sen muodostavat atomit pyörisivät toistensa suhteen. Tämä mahdollistaa molekyylin eri konformaatiot.

    Atomi voi kuitenkin muodostaa useampia sidoksia kuin yhden. Tällaisia aineita ovat muun muassa hiili, happi ja typpi. Mikäli atomien välillä on niin sanottu kaksoissidos, on niiden välillä σ-sidoksen lisäksi π-sidos. π-sidos syntyy, kun kaksi p-orbitaalia peittävät toisiaan kohtisuorasti sidosakseliin nähden. Tällöin peittoaminen on heikompaa kuin σ-sidoksen tapauksessa. Esimerkiksi hiilen muodostaessa kaksoissidoksen on hiiliatomi sp²-hybridisoitunut. Tällöin yksi p-orbitaali jäänyt hybridisoitumatta.

    Hybridisoitumaton p-orbitaali yhdistyy toisen sp²-hybridisoituneen atomin kanssa hybridisoitumatta jääneen p-orbitaalin kanssa. P-orbitaalien yhdistymisen tuloksena muodostunut π-sidos on jäykkä sidos. π-sidos ei ole σ-sidoksen tavoin pyörähdyssymmetrinen eli atomit eivät voi pyöriä toistensa suhteen rikkomatta niiden välistä sidosta. Tällä on suuri merkitys esimerkiksi cis-trans-isomeriassa.
    Bentseenirenkaan hiilet ovat kaikki sp²-hybridisoituneita. Tällöin bentseenirenkaaseen muodostuu kolme π-sidosta. Sidokset eivät kuitenkaan paikannu tiettyyn paikkaan renkaassa vaan ne ovat yhteisiä koko renkaan kesken, tätä kuvataan usein kahdella toruksen muotoisella renkaalla. π-sidoselektronit ovat delokalisoituneita.

    Kolmoissidoksen muodostuminen on hyvin samankaltainen kuin kaksoisidoksenkin. Kolmoissidoksen tapauksessa kuitenkin on neljä hybridisoitumatonta p-orbitaalia, jotka muodostavat kaksi π-sidosta. π-sidokset ovat kolmoissidoksen tapauksessa kohtisuorassa toisiinsa nähden ja kaksoissidoksen tapaan kolmoissidos on jäykkä eikä se ole pyörähdyssymmetrinen (aiheesta lisää wikipediassa).

    150 vuotta sitten alettiin uskoa, että tämä edellä kerrottu on ilmaantunut tyhjästä ja on sattumalta järjestäytynyt noin. Mutta molekyylien vetäisemiseksi solmuun tarvittiin huippuyliopiston huippuälykkäitä tutkijoita huippulaitteineen ja huippuosaamisineen.

Kirjoita kommentti

Perustele, kirjoita selkeästi, älä vähättele ihmisiä, ÄLÄ HUUDA. Pysy aiheessa ja muista käytöstavat. Kommentit luetaan ja tarvittaessa muokataan ennen julkaisua.

Meillä on nollatoleranssi alatyyliselle ilmaisulle, henkilöön käyvälle arvostelulle ja vihamielisyydelle. Emme julkaise kommentteja, joiden ainoa sisältö on negatiivinen mielipide vailla perusteluja. Jätämme julkaisematta myös ne kommentit, joissa ei lainkaan piitata oikeinkirjoituksesta kuten isoista alkukirjaimista tai välilyönneistä.

Kiitos etukäteen rakentavasta kommentistasi!

Pääaiheet