كتب – باسل يوسف:
يلعب ثلاثي الهيدروجين H3+، المعروف باسم “الجزيء الذي صنع الكون”، دورًا حاسمًا في الكيمياء بين النجوم وولادة النجوم، من قيادة التفاعلات بين النجوم وتغذية تكوين النجوم إلى الوجود في الكواكب الغازية العملاقة مثل المشتري وزحل.
أدرك العلماء منذ فترة طويلة أن معظم H3+ يتشكل عندما يصطدم جزيء الهيدروجين (H2) بنظيره المؤين (H2+). ومع ذلك، يواصل الباحثون البحث عن مصادر بديلة لـ H3+ ويسعون إلى قياس وجوده بشكل أفضل عبر الكون.
في دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature Communications، اكتشف باحثو جامعة ولاية ميشيجان، بيوتر بيكوتش وماركوس دانتوس، إلى جانب زملائهم، رؤى جديدة حول تكوين H3+ في المركبات المعروفة باسم هالوجينات الميثيل والهالوجينات الزائفة.
تستند نتائجهم إلى الاكتشافات السابقة ومنها أن H3+ يمكن أن يتشكل من خلال “آلية تجوال” فريدة من نوعها في الجزيئات العضوية ذات التأين المزدوج.
يحدث التأين المزدوج عندما تمتص الذرة أو الجزيء طاقة كافية – مثل تلك التي تأتي من الأشعة الكونية أو الليزر – لتفقد إلكترونين.
في ورقتهم البحثية الأخيرة، لاحظ الفريق آلية تجوال مماثل في هالوجينات الميثيل وشبه الهالوجينات ذات التأين المزدوج، وكشفوا عن مجموعة من العوامل التي تحكم تكوين – أو غياب – H3+ في هذه المركبات المعينة.
يمكن تطبيق عوامل التكوين هذه على مجموعة واسعة من الجزيئات الأخرى، ما يوسع الأفق للباحثين الذين يتطلعون إلى دراسة أصول وتكوين الجزيئات في الكون.
“يعد H3+ جزيئًا صغيرًا قد لا يكون مهمًا لنا على الأرض مثل الماء أو البروتينات، لكنه جزيء نريد حقًا أن نفهمه من حيث وفرته في الكون، وكيف يتم إنتاجه، ومدى سرعة تفاعلاته الكيميائية،” قال بيكوش، أستاذ أبحاث الكيمياء جامعة ولاية ميشيجان.
أضاف “بفضل نتائجنا، يمكننا التواصل مع الآخرين الذين يبحثون عن مصادر H3+ والجزيئات التي يمكن أن تشكله”.
قال دانتوس: “يعد H3+ ضروريًا للكيمياء الفلكية، من ولادة النجوم إلى تكوين العديد من الجزيئات العضوية”.
مع وضع هذه الأدوار الحاسمة في الاعتبار، كانت مجموعة أبحاث دانتوس قد نظرت سابقًا إلى ما هو أبعد من مسار تكوين H2-meets-H2+ بحثًا عن مصادر بديلة لـ H3+. قادهم هذا البحث السابق إلى تأين جزيئات عضوية معينة بشكل مزدوج، ما أدى إلى نتيجة مدهشة.
بدلاً من الانفصال على الفور، كما قد نتوقع عند وضع شحنتين موجبتين في مساحة جزيئية صغيرة بما يكفي، تم إخراج هيدروجين محايد – H2 – من الجزيء.
رقصة جزيئية غير متوقعة
مثل راقص يبحث في قاعة رقص عن شريك، “تجول” هذا الهيدروجين حول الجزيء حتى انتزع بروتونًا إضافيًا، مكونًا H3 +.
وأضاف دانتوس: “أثبتنا أن الهيدروجين لم يطر بعيدًا ببساطة، بل ظل موجودًا، في بعض الأحيان لفترة طويلة جدًا. كان هذا غير عادي للغاية”.
قال بايكوش “إنها ليست الطريقة المعتادة للتفكير في سلوك الجزيئات ذات التأين المزدوج، بل هي عملية أكثر تعقيدًا”، ويقارن بايكوش، آلية التجوال التي يتبعها تجريد البروتون بواسطة H2 بالصورة التقليدية لجزيء ذي تأين مزدوج ينفجر بسبب تنافر شحنتين موجبتين – وهي العملية المعروفة باسم انفجار كولومب.
من خلال تحويل انتباههم إلى الهالوجينات والهالوجينات الزائفة في أحدث منشوراتهم، أكد بايكوش ودانتوس وزملاؤهم على العديد من الجزيئات الأخرى التي تشكل H3+ من خلال التأين المزدوج، والأمر الأكثر أهمية هو تحديد الجزيئات التي لا تفعل ذلك.
البحث عن H3+
في فك شفرة تكوين H3+ في الهالوجينات والهالوجينات الزائفة، نجح الباحثون في إنشاء مجموعة من العوامل الحاكمة التي تسمح لهم بالتنبؤ بالمركبات العضوية التي يمكن أن تنتج H3+ من خلال التجوال المؤين المزدوج – العوامل التي يقول دانتوس وبيكوتش إنه يمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من الجزيئات الأخرى، بما في ذلك العديد من الجزيئات التي لم يدرسوها.
هذه المبادئ التوجيهية هي أداة قوية للعلماء الزملاء الذين يواصلون البحث عن مصادر بديلة وربما مفاجئة لـ H3+، مثل السحب الجزيئية في الفضاء بين النجوم.
أوضح دانتوس “يعتبر الهيدروجين العنصر الأكثر شيوعًا في الكون، لذا فإن التقاء H2 مع H2+ لا يزال هو المفتاح.. ومع ذلك، هناك العديد من الجزيئات العضوية في هذه السحب الجزيئية المنتشرة، ومن الممكن أن يكون الكثير من H3+ لا يزال يتشكل من خلال العمليات التي درسناها”.
عند التعامل مع جزيء منتشر مثل H3+، فإن اكتشاف مصادره الجديدة يمكن أن يعمق في النهاية فهمنا للكيمياء الكونية على جميع المستويات.
المصدر: Earth
اقرأ أيضا:
