Breaking News

Monday, December 23, 2019

Dengan kimia ultracold, para peneliti pertama kali melihat dengan tepat apa yang terjadi selama reaksi kimia


Reaksi kimia terdingin di alam semesta yang diketahui terjadi dalam kekacauan laser yang kacau balau. Penampilan menipu: Jauh di dalam kekacauan yang susah payah terorganisir, dalam suhu jutaan kali lebih dingin dari ruang antarbintang, Kang-Kuen Ni mencapai prestasi yang presisi. Memaksa dua molekul lewat dingin untuk bertemu dan bereaksi, dia memutuskan dan membentuk ikatan terdingin dalam sejarah kopling molekuler.

"Mungkin dalam beberapa tahun ke depan, kita adalah satu-satunya lab yang dapat melakukan ini," kata Ming-Guang Hu, seorang sarjana pascadoktoral di laboratorium Ni dan penulis pertama di makalah mereka yang diterbitkan hari ini di Science. Lima tahun lalu, Ni, Profesor Asosiasi Kimia dan Biologi Kimia Morris Kahn dan perintis kimia ultracold, berangkat untuk membangun peralatan baru yang dapat mencapai reaksi kimia suhu terendah dari setiap teknologi yang tersedia saat ini. Tetapi mereka tidak dapat memastikan bahwa teknik rumit mereka akan berhasil.

Sekarang, mereka tidak hanya melakukan reaksi yang paling dingin, tetapi mereka menemukan peralatan baru mereka dapat melakukan sesuatu bahkan mereka tidak memprediksi. Dalam cuaca yang sangat dingin - 500 nanokelvin atau hanya beberapa juta derajat di atas nol mutlak - molekul mereka melambat hingga kecepatan glasial seperti itu, Ni dan timnya bisa melihat sesuatu yang belum pernah dilihat oleh siapa pun: saat ketika dua molekul bertemu untuk membentuk dua molekul baru. Intinya, mereka menangkap reaksi kimia dalam tindakannya yang paling kritis dan sulit dipahami.

Reaksi kimia bertanggung jawab atas semuanya: bernapas, memasak, mencerna, menciptakan energi, obat-obatan, dan produk rumah tangga seperti sabun. Jadi, memahami bagaimana mereka bekerja pada tingkat fundamental dapat membantu para peneliti merancang kombinasi yang belum pernah dilihat dunia. Dengan jumlah kombinasi baru yang hampir tak terbatas, molekul-molekul baru ini dapat memiliki aplikasi tanpa akhir dari produksi energi yang lebih efisien hingga material baru seperti dinding tahan-cetakan dan blok bangunan yang lebih baik untuk komputer kuantum.

Dalam karya sebelumnya, Ni menggunakan suhu yang lebih dingin dan lebih dingin untuk mengerjakan keajaiban kimia ini: menempa molekul dari atom yang tidak akan pernah bereaksi. Didinginkan hingga ekstrem, atom dan molekul lambat hingga merangkak kuantum, keadaan energi serendah mungkin. Di sana, Ni dapat memanipulasi interaksi molekuler dengan sangat presisi. Tetapi bahkan dia hanya bisa melihat awal reaksinya: dua molekul masuk, tapi lalu apa? Apa yang terjadi di tengah dan akhirnya adalah lubang hitam yang hanya bisa dijelaskan oleh teori.

Reaksi kimia terjadi hanya dalam sepersejuta milyar per detik, lebih dikenal di dunia ilmiah sebagai femtoseconds. Bahkan teknologi tercanggih saat ini tidak dapat menangkap sesuatu yang berumur pendek, meskipun beberapa mendekati. Dalam dua puluh tahun terakhir, para ilmuwan telah menggunakan laser ultra-cepat seperti kamera aksi cepat, mengambil gambar reaksi cepat saat mereka terjadi. Tetapi mereka tidak dapat menangkap seluruh gambar. "Sebagian besar waktu," kata Ni, "Anda hanya melihat bahwa reaktan menghilang dan produk muncul dalam waktu yang dapat Anda ukur. Tidak ada pengukuran langsung tentang apa yang sebenarnya terjadi dalam reaksi kimia ini." Sampai sekarang.

Suhu ultracold Ni memaksa reaksi pada kecepatan yang relatif mati rasa. "Karena [molekul-molekul] sangat dingin," kata Ni, "sekarang kita memiliki semacam efek bottleneck." Ketika dia dan timnya bereaksi dua molekul kalium rubidium - dipilih karena kelenturannya - suhu ultracold memaksa molekul untuk berlama-lama di tahap menengah untuk mikrodetik. Microseconds - hanya sepersejuta detik - mungkin tampak pendek, tapi itu jutaan kali lebih lama dari biasanya dan cukup lama bagi Ni dan timnya untuk menyelidiki fase ketika ikatan pecah dan membentuk, pada dasarnya, bagaimana satu molekul berubah menjadi yang lain.

Dengan visi yang intim ini, Ni mengatakan bahwa dia dan timnya dapat menguji teori yang memprediksi apa yang terjadi dalam lubang hitam reaksi untuk memastikan jika mereka melakukannya dengan benar. Kemudian, timnya dapat membuat teori baru, menggunakan data aktual untuk lebih tepat memprediksi apa yang terjadi selama reaksi kimia lainnya, bahkan yang terjadi di alam kuantum misterius.

Sudah, tim sedang menjajaki apa lagi yang bisa mereka pelajari di tempat tes ultracold mereka. Selanjutnya, misalnya, mereka dapat memanipulasi reaktan, menggairahkannya sebelum bereaksi untuk melihat bagaimana energi tinggi mereka berdampak pada hasilnya. Atau, mereka bahkan dapat mempengaruhi reaksi ketika terjadi, mendorong satu molekul atau lainnya. "Dengan kemampuan kontrol kami, jendela waktu ini cukup panjang, kami dapat menyelidiki," kata Hu. "Sekarang, dengan peralatan ini, kita bisa memikirkan ini. Tanpa teknik ini, tanpa makalah ini, kita bahkan tidak bisa memikirkan ini."

No comments:

Post a Comment

Popular Posts