John Morrison Galbraith is universitair hoofddocent scheikunde aan het Marist College en bestudeert chemische binding, dat is het proces dat atomen bij elkaar houdt om moleculen te maken.

Wat heb je ontdekt?

Heb je op de middelbare school scheikunde gedaan? Dacht je dat het een saai statisch veld was vol vaststaande feiten die lang geleden zijn vastgesteld? Ik heb onderzoek gedaan waaruit blijkt dat de meest fundamentele van deze vastgestelde "feiten, " de aard van de chemische binding, wordt nu ondervraagd.

Je hebt waarschijnlijk gehoord van covalente bindingen, waar elektronen worden gedeeld tussen atomen, en ionbindingen, waar elektronen volledig worden overgedragen van het ene atoom naar het andere. Maar je weet waarschijnlijk niets van een derde type obligatie, ontdekt in het begin van de jaren negentig door Sason Shaik en Philippe Hiberty:de charge-shift bond. Kort daarna begon ik met hen samen te werken.

Wat maakt een charge-shift-binding anders?

In charge-shift obligaties, elektronen worden tegelijkertijd gedeeld en overgedragen.

Dat klinkt misschien een beetje gek, maar denk er zo over na:ken je die beweegbare loopbruggen op luchthavens? Stel dat gedurende meer dan 100 jaar, mensen dachten dat de enige manier om van het ene punt naar het andere te komen, was door op het rolpad te gaan staan ​​of erlangs te lopen.

Stel nu dat iemand zich realiseerde dat er een derde manier is om te bewegen:je kunt op de loopbrug staan ​​en tegelijkertijd lopen. De snelheid waarmee u zich door de luchthaven beweegt, is niet te wijten aan staan ​​of lopen, maar een combinatie van beide.

Samen met Shaik, Hiberty en een handvol anderen over de hele wereld, Ik heb laten zien dat ladingsverschuivingsbinding een breed fenomeen is dat optreedt tussen een verscheidenheid aan elementen uit het hele periodiek systeem.

Wat inspireerde deze ontdekking?

Shaik en Hiberty berekenden de energie die nodig is om een ​​reeks bindingen te verbreken met behulp van een methode die de valentiebindingstheorie wordt genoemd. Bij scheikunde draait alles om patroonherkenning, en alle bindingen die ze bestudeerden passen in een vast patroon, behalve de binding tussen twee fluoratomen. Traditioneel gezien als een puur covalente binding, dit molecuul gedroeg zich niet als een andere covalente binding. Door te proberen te begrijpen waarom, Shaik en Hiberty hebben iets heel unieks ontdekt.

Waarom is het belangrijk?

Dit is de eerste grote verandering in de manier waarop chemici denken over binding in meer dan 100 jaar. Chemische binding vormt de kern van de chemie, dus het veranderen van de manier waarop chemici over binding denken, zal het hele veld veranderen.

Hoe worden charge-shift-obligaties toegepast in de echte wereld?

Synthetische materialen zoals computerchips, kunststoffen, cosmetica, textiel en medicijnen komen van het maken en verbreken van chemische bindingen.

Daarom, inzicht in chemische binding kan nieuwe materialen inspireren met eigenschappen die we ons nog niet kunnen voorstellen. We zien nu al dat scheikundigen de eigenschappen van ladingsverschuivingsbindingen benutten om chemische reacties te versnellen en de eigenschappen van industriële oplosmiddelen te begrijpen.

Wat is het coolste element van je nieuwe onderzoek?

Chemie is springlevend en verandert voortdurend - dat is wat me voor het eerst naar het veld trok. Charge-shift bonding daagt iets uit dat zo fundamenteel is voor het veld dat het grotendeels als vanzelfsprekend wordt beschouwd.

Het drama van ingrijpende theorieverandering is hier volledig van kracht:het concept werd vele jaren geleden geïntroduceerd, maar niet snel geaccepteerd; overuren, ijverig werk van een handvol gelovigen gaf meer steun voor het idee; en nu wordt het wijdverbreid geaccepteerd dankzij verificatie via alternatieve experimentele en theoretische middelen.

Ik vind het ook fascinerend dat de meeste chemische processen nu betrouwbaar kunnen worden gemodelleerd op een computer. Ik hield altijd van scheikunde vanwege de kennis die het bood over hoe dingen werken op atomaire schaal. Echter, Ik voelde me nooit op mijn gemak bij het spelen met bekers en gevaarlijke chemicaliën. Hoewel scheikunde nog steeds een overwegend experimentele wetenschap is, tegenwoordig kunnen computers die experimenten sturen en tegelijkertijd een plaats bieden aan een experimenteel uitgedaagde chemicus zoals ik.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.