تويت
هذه الروابط مشابهة لروابط الهيدروجين في الماء، لكنها أقوى بكثير! اكتشف الباحثون حديثًا نوعًا قويًا جدًا من روابط الهيدروجين يمكن مقارنتها بالروابط التساهمية التي تربط ذرات الأكسجين والهيدروجين في جزيئات الماء داخل القطرة.
يُظهر هذا النوع عدم اتضاح الفرق -كما هو مبين في كتب الكيمياء- بين الروابط التساهمية القوية التي تربط الجزيئات معًا، والروابط الهيدروجينية الضعيفة المتشكلة بين الجزيئات التي يمكن كسرها بفعل بسيط، مثل تحريك الملح في كوب من الماء. عُد بذاكرتك إلى دروس الكيمياء في المدرسة الثانوية، وستتذكر وجود أنواع مختلفة من الروابط التي تربط الذرات معًا لتشكل جزيئات وبنى بلورية.
تربط الروابط الأيونية المعادن واللا فلزات لتشكل الأملاح، وتربط الروابط التساهمية القوية جزيئات مثل ثاني أكسيد الكربون والماء. تتشكل الروابط الهيدروجينية الضعيفة بسبب الشد الإلكتروستاتيكي بين الهيدروجين وذرة أو جزيء يحمل شحنةً سالبة، ما يؤدي إلى تجاذب جزيئات الماء وتشكُل القطرات أو الجليد البلوري مثلًا. تُعد الروابط الأيونية والتساهمية والهيدروجينية كلها مستقرةً نسبيًا، وغالبًا ما تستمر فترات طويلةً من الزمن، ويمكن ملاحظة آثارها بسهولة. لكن الباحثين يعرفون منذ زمن طويل أنه خلال أي تفاعل كيميائي، ومع تشكل الروابط الكيميائية أو تفككها يكون الأمر أعقد، ويتضمن «حالات وسطية» قد تستمر أجزاء صغيرة من الثانية، فتصعب ملاحظتها.
في دراسة جديدة، تمكن الباحثون من إبقاء هذه الحالة الوسطية فترةً أطول لإجراء فحص تفصيلي، ووجدوا رابطةً هيدروجينية تماثل الرابطة التساهمية في القوة، تربط الذرات معًا لتشكل ما يشبه الجزيئات.
لتحقيق ذلك، أذاب الباحثون مركب فلوريد الهيدروجين في الماء، وراقبوا كيفية تفاعل ذرات الهيدروجين والفلور. انجذبت ذرات الفلور إلى ذرات الهيدروجين بسبب اختلال توازن الشحنات الموجبة والسالبة على سطحها، وهو الشكل الاعتيادي لرابطة الهيدروجين. حُصرت كل ذرة هيدروجين بين ذرتي فلور، لكن هذه الذرات كانت مرتبطةً ببعضها بقوة أكبر من روابط الهيدروجين المعتادة سهلة الكسر. ارتدَّت ذرات الهيدروجين ذهابًا وإيابًا بين ذرات الفلور، وشكلت روابط قوية مثل الروابط التساهمية، إضافةً إلى ما يُشبه الجزيئات التي لا تستطيع الروابط الهيدروجينية تكوينها عادةً. لكن آلية الرابطة الجديدة كانت إلكتروستاتيكية، ما يعني أنها تضمنت نوعًا من تباين الشحنة الموجبة والسالبة الذي يميز الروابط الهيدروجينية.
بلغت قوة الروابط الجديدة 45.8 كيلو كالوري/مول، وهذا أكبر من بعض الروابط التساهمية. تتكون جزيئات النيتروجين مثلًا من ذرتي نيتروجين مرتبطتين معًا بقوة تبلغ نحو 40 كيلو كالوري/مول، في حين تبلغ طاقة الرابطة الهيدروجينية نحو 1 – 3 كيلو كالوري/مول وفقًا لكتاب «الكيمياء الحيوية».
في مقال بمجلة Science، كتبت ميشا بون ويوهانس هانجر، باحثان في معهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات في ألمانيا، اللذان لم يشاركا في الدراسة، أن هذه الرابطة غير الاعتيادية تغير فكرتنا بشأن الأنواع المعروفة في الكيمياء. وتابعا: «لا يشكك وجود حالة رابطة تساهمية/هيدروجينية هجينة في فهمنا الحالي لماهية الرابطة الكيميائية وحسب، بل يوفر أيضًا فرصةً لفهم أفضل للتفاعلات الكيميائية. تُذكر «حالات التفاعل الوسطية» غالبًا، لكن نادرًا ما تُدرس مباشرةً».
أوضح الباحثان وجود روابط مماثلة في الماء النقي غالبًا، عندما تُحصر ذرة الهيدروجين بين جزيئي ماء، وظنَّا أن هذه الروابط موجودة لكنها ليست طويلة العمر، ولم تُلاحظ سابقًا ملاحظةً مؤكدة. وختما بأن هذه الدراسة قد تفتح الباب أمام «فهم أعمق للروابط القوية» وحالات التفاعل الوسطية
يُظهر هذا النوع عدم اتضاح الفرق -كما هو مبين في كتب الكيمياء- بين الروابط التساهمية القوية التي تربط الجزيئات معًا، والروابط الهيدروجينية الضعيفة المتشكلة بين الجزيئات التي يمكن كسرها بفعل بسيط، مثل تحريك الملح في كوب من الماء. عُد بذاكرتك إلى دروس الكيمياء في المدرسة الثانوية، وستتذكر وجود أنواع مختلفة من الروابط التي تربط الذرات معًا لتشكل جزيئات وبنى بلورية.
تربط الروابط الأيونية المعادن واللا فلزات لتشكل الأملاح، وتربط الروابط التساهمية القوية جزيئات مثل ثاني أكسيد الكربون والماء. تتشكل الروابط الهيدروجينية الضعيفة بسبب الشد الإلكتروستاتيكي بين الهيدروجين وذرة أو جزيء يحمل شحنةً سالبة، ما يؤدي إلى تجاذب جزيئات الماء وتشكُل القطرات أو الجليد البلوري مثلًا. تُعد الروابط الأيونية والتساهمية والهيدروجينية كلها مستقرةً نسبيًا، وغالبًا ما تستمر فترات طويلةً من الزمن، ويمكن ملاحظة آثارها بسهولة. لكن الباحثين يعرفون منذ زمن طويل أنه خلال أي تفاعل كيميائي، ومع تشكل الروابط الكيميائية أو تفككها يكون الأمر أعقد، ويتضمن «حالات وسطية» قد تستمر أجزاء صغيرة من الثانية، فتصعب ملاحظتها.
في دراسة جديدة، تمكن الباحثون من إبقاء هذه الحالة الوسطية فترةً أطول لإجراء فحص تفصيلي، ووجدوا رابطةً هيدروجينية تماثل الرابطة التساهمية في القوة، تربط الذرات معًا لتشكل ما يشبه الجزيئات.
لتحقيق ذلك، أذاب الباحثون مركب فلوريد الهيدروجين في الماء، وراقبوا كيفية تفاعل ذرات الهيدروجين والفلور. انجذبت ذرات الفلور إلى ذرات الهيدروجين بسبب اختلال توازن الشحنات الموجبة والسالبة على سطحها، وهو الشكل الاعتيادي لرابطة الهيدروجين. حُصرت كل ذرة هيدروجين بين ذرتي فلور، لكن هذه الذرات كانت مرتبطةً ببعضها بقوة أكبر من روابط الهيدروجين المعتادة سهلة الكسر. ارتدَّت ذرات الهيدروجين ذهابًا وإيابًا بين ذرات الفلور، وشكلت روابط قوية مثل الروابط التساهمية، إضافةً إلى ما يُشبه الجزيئات التي لا تستطيع الروابط الهيدروجينية تكوينها عادةً. لكن آلية الرابطة الجديدة كانت إلكتروستاتيكية، ما يعني أنها تضمنت نوعًا من تباين الشحنة الموجبة والسالبة الذي يميز الروابط الهيدروجينية.
بلغت قوة الروابط الجديدة 45.8 كيلو كالوري/مول، وهذا أكبر من بعض الروابط التساهمية. تتكون جزيئات النيتروجين مثلًا من ذرتي نيتروجين مرتبطتين معًا بقوة تبلغ نحو 40 كيلو كالوري/مول، في حين تبلغ طاقة الرابطة الهيدروجينية نحو 1 – 3 كيلو كالوري/مول وفقًا لكتاب «الكيمياء الحيوية».
في مقال بمجلة Science، كتبت ميشا بون ويوهانس هانجر، باحثان في معهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات في ألمانيا، اللذان لم يشاركا في الدراسة، أن هذه الرابطة غير الاعتيادية تغير فكرتنا بشأن الأنواع المعروفة في الكيمياء. وتابعا: «لا يشكك وجود حالة رابطة تساهمية/هيدروجينية هجينة في فهمنا الحالي لماهية الرابطة الكيميائية وحسب، بل يوفر أيضًا فرصةً لفهم أفضل للتفاعلات الكيميائية. تُذكر «حالات التفاعل الوسطية» غالبًا، لكن نادرًا ما تُدرس مباشرةً».
أوضح الباحثان وجود روابط مماثلة في الماء النقي غالبًا، عندما تُحصر ذرة الهيدروجين بين جزيئي ماء، وظنَّا أن هذه الروابط موجودة لكنها ليست طويلة العمر، ولم تُلاحظ سابقًا ملاحظةً مؤكدة. وختما بأن هذه الدراسة قد تفتح الباب أمام «فهم أعمق للروابط القوية» وحالات التفاعل الوسطية