Ders kitaplarını değiştirecek: Tek elektronlu kovalent bağ 

Bilim insanları, kimyasal bağların yapısını daha derinlemesine anlaşılmasına yönelikyeni bir keşfe imza attı. Uzun süredir, kimyacılar atomlar arasında güçlü bağlantılar oluşturan kovalent bağların, atomların bir ya da birden fazla elektron çiftini paylaşmasıyla oluştuğunu düşünüyorlardı. Ancak şimdi, araştırmacılar ilk kez iki karbon atomu arasında tek bir elektronla oluşan kovalent bağları gözlemledi. 

Bu tür bağlar daha önce bazı atomlar arasında görülmüş olsa da bilim insanları karbon atomunda bunu görmekten özellikle heyecan duyuyor. Karbon, yeryüzündeki yaşamın temel yapı taşlarından biri olarak karşımıza çıkıyor. DNA, proteinler, şekerler, plastikler ve ilaçlar gibi sayısız kimyasal bileşikte yer alıyor. Bu nedenle, karbon atomları arasındaki bağların anlaşılması hem biyolojik hem de endüstriyel süreçlerin daha iyi anlaşılmasını sağlamada önemli bir rol oynuyor. 

Tokyo Üniversitesi’nde çalışan kimyager Takuya Shimajiri, bu buluşun kimya dünyasında büyük bir etki yaratacağını vurguluyor. “Kovalent bağ, kimyanın en önemli kavramlarından biridir ve yeni kimyasal bağ türlerinin keşfi, kimyasal alanın genişletilmesi için büyük bir potansiyel taşır” diyor. Çoğu kimyasal bağ, atomların tek bir elektron çiftini paylaşmasıyla oluşur. Ancak bazı durumlarda iki elektron çifti ile çift bağ ya da üç elektron çifti ile üçlü bağlar oluşur. Kimyagerler, atomların daha farklı şekillerde de etkileşime girebileceğini biliyor ve bu sıra dışı bağ türlerini inceleyerek kimyasal bağın ne olduğunu daha iyi anlamaya çalışıyor. 

Kararsız bir bağ 

Kimyagerler, tek elektronlu bağları oldukça kararsız buluyor. Utrecht Üniversitesi’nden Marc-Etienne Moret, “Bu bağlar çok kolay kopabilir, çünkü yalnızca bir elektron paylaşımıyla oluşan bağlar istikrarsızdır” diyerek bu zorluğu açıklıyor. Bu kararsız bağı gözlemleyebilmek için Shimajiri ve ekibi, karbon atomları arasında tek elektronlu bir bağı stabilize edecek özel bir molekül tasarladı. Bu molekül, karbon-karbon bağını bir “kabuk” gibi sararak, bağın daha kararlı hale gelmesini sağladı. Molekülün merkezinde, alışılmadık şekilde uzamış bir karbon-karbon bağı bulunuyor; bu uzamış yapı, bir elektron kaybederek tek elektronlu bir kovalent bağ oluşturmasına olanak tanıyor. 

Bu özel molekülü daha da sabitlemek için araştırmacılar, bileşiği kristalize edip iyot yardımıyla mor bir tuz haline getirdi. Bu tuz, tek elektronlu karbon-karbon bağını stabil bir şekilde muhafaza edebiliyor, böylece bağın gözlemlenmesi mümkün hale geliyor. 

Kaliforniya Üniversitesi, Santa Barbara’dan kimyager Guy Bertrand, daha önce fosfor atomları arasında tek elektronlu bir bağ oluşturmayı başaran ekibin bir parçasıydı. Bertrand, bu keşfin karbon atomları arasında gözlemlenmesinin önemine dikkat çekiyor.

“Karbonla bir şey yaptığınızda, bunun etkisi diğer elementlerle olduğundan çok daha büyük olur”

Karbon, organik kimyanın temelini oluşturur, bu yüzden bu tür bir keşif, geniş bir etkiye sahip olabilir. Bertrand, bu keşfin kısa vadede uygulamalara dönüşüp dönüşmeyeceği konusunda net olmadığını belirterek, “Bu sadece bir merak konusu olabilir, ama kesinlikle ders kitaplarına girecek” diyor. 

Tek elektronlu bağ kavramı yeni değil  

Tek elektronlu kovalent bağların kavramı ilk olarak 1931 yılında kimyager Linus Pauling tarafından ortaya atıldı. Ancak o dönemde, kimyacılar bu bağları gözlemleyebilecek teknolojiye sahip değildi. Modern analiz teknikleriyle bile bu bağları gözlemlemek oldukça zordur. Utrecht Üniversitesi’nden kimyager Marc-Etienne Moret, “Sadece bir elektronun bir bağı oluşturduğu durum oldukça dengesizdir” diyor. Bu durum, bağın kolayca kırılmasına ve bir elektronu kaybederek ya da kazanarak dengelenmeye çalışmasına neden olur. 

1998 yılında, iki fosfor atomu arasında tek elektronlu bir bağ gözlemlendi. 2013 yılında ise Moret, bakır ve bor atomları arasında böyle bir bağ oluşturmayı başaran bir ekibin parçasıydı. Ancak karbon atomları arasında böyle bir bağ gözlemlenmemişti. 

Bu yeni keşifte, tek elektronlu karbon-karbon bağını stabilize edebilecek bir molekül tasarlamak kritik rol oynadı. Araştırma ekibinden Shimajiri, “Bir bağın kovalent olup olmadığını belirleyen noktayı tam olarak anlamayı hedefliyoruz” diyor. Bu tür keşifler, kimyanın temel yapı taşlarını yeniden düşünmeye ve gelecekte yeni uygulamaların önünün açılmasına ön ayak oluyor.  

Kaynak: Nature