تويت
كانت القدرة على تتبع التفاعلات الكيميائية في أدق تفاصيلها واحدًا من الأهداف العسيرة التي سعى إليها العلماء، لما في ذلك من عون على الإجابة عن تساؤلات أساسية، من مثل معرفة سبب حدوث بعض التفاعلات الكيميائية من دون حدوث بعضها الآخر، وسبب ارتباط سرعة التفاعل الكيميائي ومردوده بدرجة الحرارة التي يجري فيها.
مراحل البحث
في نهاية الثمانينات قام أحمد زويل وزملاؤه، بسبر مراحل التفاعل الجاري بين يوديد الهيدروجين وثنائي أكسيد الكربون وتسجيله، لتشكيل اليود والهيدروكسيد وأحادي أكسيد الكربون. وقد تمكن الباحثون، باستخدام نبضات ليزرية لامتناهية في قصرها ولا حصر لها، من تتبّع تتالي مراحل التفاعل (1_4) ومراقبة حركة الذرات والجزيئات المختلفة.
وتردُّ الصعوبة في تتبّع التفاعلات الكيميائية إلى سرعة حدوثها؛ ففي طرفة عين لا تستغرق أكثر من ربع الثانية، تتفاعل جزيئات اليود والبنزن أكثر من 333 بليون مرة مشكلة اليود الذري ومواد أخرى.
في نهاية الثمانينات ، بدأ أحمد زويل بتسليط نبضات ليزرية قصيرة على الجزيئات والذرات أثناء تفاعلها، آملاً في التوصل إلى توضيح ديناميكية هذا التفاعل في الزمن الحقيقي. فخلال التفاعل تحدث حالات انتقالية تُظهر جزيئات أو ذرات ليست من المواد المتفاعلة ولا من المواد التي تنتج من التفاعل؛ وهي تمتص، أو تعيد إصدار أي ضوء يُسلّط عليها ممّا يؤدي إلى تبدّل طيف الضوء الوارد عند تواترات مميّز
ليزرات جديدة
تدوم هذه الحالات الانتقالية ما بين 10 و100 فمتوثانية فقط، لذا كان على النبضات الليزرية اللازمة لسبرها أن تكون قصيرة على نحو مذهل. وفي منتصف الثمانينات، ظهرت الليزرات القادرة على إصدار مثل هذه النبضات، وسرعان ما لاحظ زويل والعاملون معه، الإمكانات التي تتيحها لهم هذه الليزرات، وكان بوسعهم عندما بدؤوا عام 1987 بدراسة تفاعل تفكك جزيء يوديد السيانوجين(ICN)، مراقبة التفاصيل المعبّرة عن هذا التفكك، وذلك للمرة الأولى، ورأوا هذا الجزيء ينشطر إلى يود وسيانيد، حتى إنهم لاحظوا أجزاءه وأحدها يبتعد عن الآخر.
ولادة الجزئيات
في تجربة نموذجية أطلق زويل التفاعل بنبضة تنشّط الأجسام المتفاعلة، وأتبعها بعد ذلك، بنحو بضعة فمتوثوانٍ، بأول نبضة سَبْر ضربت الجزيئات، وتبعها الآلاف منها وذلك كل عشرة فمتوثوان طوال مدة التفاعل. وإن تبدلات طيف كل نبضة سبرٍ تكشف وضعَ الروابط الكيميائية في الذرات والجزيئات وحالتها، كما كشفت حالاتِ إثارتها وحركتها [انظر: «ولادة الجزيئات»، مجلة العلوم، العدد 9(1992)، ص 60]. وحاليًا يستخدم الباحثون تقنية زويل للحصول على تبصرات مفصلة عن ظواهر من مثل الوساطة catalysis والاصطناع الضوئي والتحول الجزيئي الذي يقوده الضوء والذي يحدث في الشبكة عندما تكتشف العين فوتونات. أما زويل نفسه فيقول: «تتوجه جهودنا الأخيرة نحو فهم البنى الجزيئية للأنظمة الحيوية، في الزمن الحقيقي - كيفية تحوّلها من تشكيلة إلى أخرى.» وقد راقب مع زملائه، في أول محاولة لهم في هذا المجال، ديناميكية التفاعل الذي يُشتق فيه الإتيلين من الإيتان. أما هدفهم على المدى الطويل، فهو دراسة ديناميكية جزيئات البروتين التي تعد قوالب بناء الحياة، إذ يعتقد زويل أنه سوف يمكن في نهاية المطاف تعديل الجزيئات وتبديلها وذلك باستخدام نبضات موجهة بدقة ورشاقة.
مراحل البحث
في نهاية الثمانينات قام أحمد زويل وزملاؤه، بسبر مراحل التفاعل الجاري بين يوديد الهيدروجين وثنائي أكسيد الكربون وتسجيله، لتشكيل اليود والهيدروكسيد وأحادي أكسيد الكربون. وقد تمكن الباحثون، باستخدام نبضات ليزرية لامتناهية في قصرها ولا حصر لها، من تتبّع تتالي مراحل التفاعل (1_4) ومراقبة حركة الذرات والجزيئات المختلفة.
وتردُّ الصعوبة في تتبّع التفاعلات الكيميائية إلى سرعة حدوثها؛ ففي طرفة عين لا تستغرق أكثر من ربع الثانية، تتفاعل جزيئات اليود والبنزن أكثر من 333 بليون مرة مشكلة اليود الذري ومواد أخرى.
في نهاية الثمانينات ، بدأ أحمد زويل بتسليط نبضات ليزرية قصيرة على الجزيئات والذرات أثناء تفاعلها، آملاً في التوصل إلى توضيح ديناميكية هذا التفاعل في الزمن الحقيقي. فخلال التفاعل تحدث حالات انتقالية تُظهر جزيئات أو ذرات ليست من المواد المتفاعلة ولا من المواد التي تنتج من التفاعل؛ وهي تمتص، أو تعيد إصدار أي ضوء يُسلّط عليها ممّا يؤدي إلى تبدّل طيف الضوء الوارد عند تواترات مميّز
ليزرات جديدة
تدوم هذه الحالات الانتقالية ما بين 10 و100 فمتوثانية فقط، لذا كان على النبضات الليزرية اللازمة لسبرها أن تكون قصيرة على نحو مذهل. وفي منتصف الثمانينات، ظهرت الليزرات القادرة على إصدار مثل هذه النبضات، وسرعان ما لاحظ زويل والعاملون معه، الإمكانات التي تتيحها لهم هذه الليزرات، وكان بوسعهم عندما بدؤوا عام 1987 بدراسة تفاعل تفكك جزيء يوديد السيانوجين(ICN)، مراقبة التفاصيل المعبّرة عن هذا التفكك، وذلك للمرة الأولى، ورأوا هذا الجزيء ينشطر إلى يود وسيانيد، حتى إنهم لاحظوا أجزاءه وأحدها يبتعد عن الآخر.
ولادة الجزئيات
في تجربة نموذجية أطلق زويل التفاعل بنبضة تنشّط الأجسام المتفاعلة، وأتبعها بعد ذلك، بنحو بضعة فمتوثوانٍ، بأول نبضة سَبْر ضربت الجزيئات، وتبعها الآلاف منها وذلك كل عشرة فمتوثوان طوال مدة التفاعل. وإن تبدلات طيف كل نبضة سبرٍ تكشف وضعَ الروابط الكيميائية في الذرات والجزيئات وحالتها، كما كشفت حالاتِ إثارتها وحركتها [انظر: «ولادة الجزيئات»، مجلة العلوم، العدد 9(1992)، ص 60]. وحاليًا يستخدم الباحثون تقنية زويل للحصول على تبصرات مفصلة عن ظواهر من مثل الوساطة catalysis والاصطناع الضوئي والتحول الجزيئي الذي يقوده الضوء والذي يحدث في الشبكة عندما تكتشف العين فوتونات. أما زويل نفسه فيقول: «تتوجه جهودنا الأخيرة نحو فهم البنى الجزيئية للأنظمة الحيوية، في الزمن الحقيقي - كيفية تحوّلها من تشكيلة إلى أخرى.» وقد راقب مع زملائه، في أول محاولة لهم في هذا المجال، ديناميكية التفاعل الذي يُشتق فيه الإتيلين من الإيتان. أما هدفهم على المدى الطويل، فهو دراسة ديناميكية جزيئات البروتين التي تعد قوالب بناء الحياة، إذ يعتقد زويل أنه سوف يمكن في نهاية المطاف تعديل الجزيئات وتبديلها وذلك باستخدام نبضات موجهة بدقة ورشاقة.