In een opmerkelijke prestatie van wetenschappelijk onderzoek hebben onderzoekers voor het eerst quantum tunneling waargenomen in fluoratomen. Deze baanbrekende ontdekking, aangekondigd dit jaar, markeert een significante vooruitgang in ons begrip van quantummechanica en de toepassingen ervan in de chemie.
Quantum tunneling, een fenomeen waarbij deeltjes door energiebarrières kunnen gaan die ze normaal gesproken niet zouden kunnen overwinnen, wordt typisch waargenomen in kleinere deeltjes zoals elektronen. Wetenschappers van de Vrije Universiteit van Berlijn, in samenwerking met collega's in Frankrijk, hebben dit effect nu echter aangetoond in fluoratomen. Deze doorbraak opent nieuwe wegen voor het beheersen van chemische reacties en het beter begrijpen van de chemie van gefluoreerde verbindingen.
De reis van het team begon met laserablatie-experimenten, gericht op het bestuderen van overgangsmetalen. Ze merkten een onverwacht signaal op in hun IR-spectra, wat hen ertoe bracht de hypothese op te stellen van het bestaan van een exotisch polyfluoride-ion. Door verdere experimenten en simulaties bevestigden ze dat het centrale fluoratoom in het polyfluoride-ion inderdaad quantum tunneling onderging. "We waren nu in staat om het hele anion, F, te simuleren in de matrixholte van neonatomen. En we vonden overeenstemming tussen experiment en theorie," legde Sebastian Riedel uit.
Deze ontdekking is bijzonder significant omdat fluor het zwaarste atoom is dat ooit is waargenomen dat quantum tunneling vertoont in een chemisch experiment. Zoals Sebastian Kozuch van de Ben-Gurion Universiteit, Israël, opmerkte: "Het is het zwaarste atoom dat is gezien tunnelen in een experimentele chemische situatie." De neonmatrix rondom het molecuul speelt een cruciale rol en creëert druk die het tunnelingproces induceert door de energiebarrière te verlagen.
De implicaties van dit onderzoek reiken verder dan de fundamentele chemie. Gefluoreerde verbindingen worden veel gebruikt in medicijnen, batterijen en andere moderne toepassingen. Hun zeer stabiele C-F-bindingen vormen echter een risico voor het milieu. Een dieper begrip van de binding van fluor, zoals benadrukt door Riedel, is essentieel om deze milieu-uitdagingen aan te pakken. "We moeten begrijpen hoe fluorbindingen geactiveerd kunnen worden," benadrukte hij.