Вчені виявили молекули, які після розтягнення і повернення у вихідний стан виявляються меншими за розмірами, ніж раніше. Крім того, вони здатні залишатися в так званому перехідному стані, який хіміки раніше не могли спостерігати через його швидкоплинність, в десятки тисяч разів довше.
Дослідники Стівен Крейг (Stephen Craig) і Джеремі Ленхардт (Jeremy Lenhardt) систематично вивчають різні полімери в пошуках молекул, які можуть стати в нагоді для створення «самовідновлюваних» матеріалів. Вони сподіваються виявити полімерні молекули, здатні при розтягненні «запускати» деяку хімічну реакцію, дозволяючи матеріалу ремонтувати себе самостійно.
Уявіть собі поліетиленову плівку, здатну «заростити» будь-який прокол перш, ніж отвір стане видно неозброєним оком. Для цього молекули по краях пошкодження повинні якимось чином змінити свої властивості і почати діяти, створюючи «містки», що затягують отвір. (Про матеріал, здатний «зцілити себе» під дією сонячного світла, читайте - «Зникаючі подряпини», а про самовідновлювані автомобільні покриття - «Крило проти цвяха»).
У пошуках полімерів, що володіють корисними для вирішення цього завдання властивостями, Ленхардт використовував установку, яка створює змінний тиск розчину, що містить молекули полімеру. Апарат стискає розчин з частотою 20 000 разів на секунду, викликаючи появу крихітних бульбашок, які «чіпляють» кінці молекул і розтягують їх на мільярдну частку секунди. "Уявіть дві байдарки, пов'язані мотузкою, - пояснює Крейг. - Коли перша з них входить в зону порогів і прискорюється, мотузка розтягується ".
Ленхардт раз за разом повторював експеримент, записуючи характеристики різних видів полімерів. Спостерігаючи молекули гем-дифлуороциклопропану (gem-difluorocyclopropane, gDGC), що містять «кільце» з атомів, він з подивом виявив, що деякі з молекул після виходу з «розтягнутого» стану стали набагато коротшими, ніж були до розтягнення.
Але це виявилося не єдиною цікавою особливістю gDGC. Ці молекули також набагато довше звичайного залишалися в «розтягнутому» стані 1,3-дирадикала. Коли молекула бере участь у хімічній реакції, вона проходить якийсь проміжний стан, і залишається в ньому від 10 до 100 фемтосекунд. Цей проміжок часу занадто короткий, щоб можна було спостерігати те, що відбувається з молекулою, тому хіміки змушені судити про перехідні стани з того, що було до і стало після. Однак дослідження Крейга і Ленхардта показали, що спостережувані ними 1,3-дирадикали і є один з цих швидкоплинних перехідних станів, в яких молекули були захоплені на кілька наносекунд - в десятки тисяч разів довше, ніж зазвичай.
"Це може виявитися вікном, через яке можна поглянути на молекули в перехідних станах, - говорить Крейг. - Ми можемо утримати такі статки досить довго, щоб вивчити їхні особливості з різних сторін ". Вчені вже почали перші дослідження в цьому напрямку.
Перехідний стан характеризується високим рівнем енергії, а це саме те, чого система прагне уникнути. Саме тому молекули не затримуються в перехідному стані. Дослідникам залишається тільки здогадуватися, яким воно було. «Але можливо, в багатьох випадках гадати більше не доведеться», - каже Ленхардт.
Результати роботи опубліковані в журналі Science.
За прес-релізом Duke University.