W niezwykłym osiągnięciu eksploracji naukowej, naukowcy po raz pierwszy zaobserwowali tunelowanie kwantowe w atomach fluoru. To przełomowe odkrycie, ogłoszone w tym roku, stanowi znaczący postęp w naszym rozumieniu mechaniki kwantowej i jej zastosowań w chemii.
Tunelowanie kwantowe, zjawisko, w którym cząstki mogą przechodzić przez bariery energetyczne, których normalnie nie powinny być w stanie pokonać, jest typowo obserwowane w mniejszych cząstkach, takich jak elektrony. Jednak naukowcy z Wolnego Uniwersytetu w Berlinie, we współpracy z kolegami z Francji, wykazali teraz ten efekt w atomach fluoru. To przełom otwiera nowe możliwości kontroli reakcji chemicznych i lepszego zrozumienia chemii związków fluorowanych.
Podróż zespołu rozpoczęła się od eksperymentów ablacji laserowej, mających na celu badanie metali przejściowych. Zauważyli oni nieoczekiwany sygnał w swoich widmach IR, co doprowadziło ich do hipotezy istnienia egzotycznego jonu polifluorkowego. Poprzez dalsze eksperymenty i symulacje potwierdzili, że centralny atom fluoru w jonie polifluorkowym rzeczywiście podlega tunelowaniu kwantowemu. „Byliśmy teraz w stanie zasymulować cały anion, F, w matrycy atomów neonu. I znaleźliśmy zgodność między eksperymentem a teorią” – wyjaśnił Sebastian Riedel.
To odkrycie jest szczególnie istotne, ponieważ fluor jest najcięższym atomem, w którym kiedykolwiek zaobserwowano tunelowanie kwantowe w eksperymencie chemicznym. Jak zauważył Sebastian Kozuch z Uniwersytetu Ben-Guriona w Izraelu, „Jest to najcięższy atom, który zaobserwowano tunelujący w eksperymentalnej sytuacji chemicznej”. Matryca neonu otaczająca cząsteczkę odgrywa kluczową rolę, tworząc ciśnienie, które indukuje proces tunelowania poprzez obniżenie bariery energetycznej.
Implikacje tych badań wykraczają poza chemię podstawową. Związki fluorowane są szeroko stosowane w lekach, bateriach i innych nowoczesnych zastosowaniach. Jednak ich wysoce stabilne wiązania C-F stanowią zagrożenie dla środowiska. Głębsze zrozumienie wiązań fluoru, jak podkreślił Riedel, jest niezbędne do sprostania tym wyzwaniom środowiskowym. „Musimy zrozumieć, w jaki sposób można aktywować wiązania fluoru” – podkreślił.