מראה מגובש

מדעני המכון איששו תיאוריה שלפיה מולקולות מתכנסות בתחילה למעין "מצב צבירה צפוף", ובהמשך, מתארגנות בגביש מסודר. המדענים גם הצליחו לצפות לראשונה בתהליך הגיבוש ברמה המולקולרית, והראו שאם יודעים כיצד הגביש מתחיל לגדול, אפשר לחזות את המבנה הסופי שלו.

גיבוש הוא תהליך בסיסי, אבל מדענים לא הצליחו עד כה לצפות בו ברמה מולקולרית. כלומר, עד כה איש לא הצליח להבחין ברגע שבו מולקולות בודדות מתגברות על נטייתן לרחף בתמיסה נוזלית – ומתארגנות במבנה שריגי קשיח של גביש מוצק. אולם, באחרונה הצליחו פרופ' רוני נוימן וחברי קבוצתו, מהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע, לצפות לראשונה בתהליך הגיבוש ברמה המולקולרית. בדרך זו הצליחו המדענים לאשש תיאוריות שהועלו באחרונה באשר לתהליך הגיבוש. בנוסף הראו המדענים, שאם יודעים כיצד הגביש מתחיל לגדול, אפשר לחזות את המבנה הסופי שלו.

מסביר פרופ' נוימן: "כדי שהמולקולות ייצרו קשרים כימיים זו עם זו, עליהן להתגבר על מחסום אנרגטי. התיאוריות הראשונות לגבי תהליך הגיבוש הועלו כבר במאה ה-19. לפי התיאוריה שהתפתחה מאז, מגעים אקראיים בין מולקולות מביאים לקשירת קשרים, ודבר זה גורם להיווצרות גושי חומר קטנים, שהם מעין גרעינים שמהם מתפתחים גבישים גדולים יותר. אבל מולקולות שנעות באופן אקראי בתמיסה חייבות להתייצב זו מול זו באופן מתאים כדי להתגבש. בשנים האחרונות עלו יותר ויותר סימנים לכך, שמצבים כאלה יסוכלו ברובם כתוצאה מהמחסום האנרגטי שמפעיל דחייה בין המולקולות".

התיאוריות שהוצעו בעשורים האחרונים גרסו, שכשלב ביניים לפני הגיבוש, המולקולות מתכנסות במה שאפשר לתאר כמעין "מצב צבירה צפוף" ולא מסודר, ובהמשך, "לצורך יעילות", והודות לכך שבמצב זה המחסום האנרגטי נמוך יותר, הן מתגבשות במבנה גבישי מסודר. כדי לבדוק את התיאוריות האלה יצרו פרופ' נוימן ותלמיד המחקר, רועי שרייבר, מולקולות גדולות וקשיחות, והקפיאו אותן בתמיסה. את התמיסה הקפואה הניחו מתחת לאלומת מיקרוסקופ אלקטרונים, שחיממה את התערובת במידה מספקת שאיפשרה מעט תנועה - ומפגשים בין מולקולות. שינויים בתערובת התמיסה, באמצעות הוספת יונים שונים, איפשרו למדענים ליצור גיבושים שבהם היו "מצבי צבירה צפופים", וגם כאלו שלא היו בהם מצבי צבירה שכאלו. בעזרת מדענית הסגל, ד"ר שרון וולף, וד"ר לותר הובן, מהיחידה למיקרוסקופיית אלקטרונים, הם הצליחו בפעם הראשונה לצפות בהיווצרות גרעיני גבישים גם ממצב של פאזה נוזלית "רגילה", וגם ממצב של "מצבי צבירה צפופים". בדרך זו הראו המדענים בבירור, שכאשר נוצרים "מצבי צבירה צפופים", המחסום האנרגטי (שבולם היווצרות של גבישים מסודרים) נמוך יותר, כפי שחזתה התיאוריה.

המדענים גם מצאו, שגידול שמקורו ב"מצבי צבירה צפופים" מפיק גרעינים גדולים ויציבים יותר. בנוסף, הם גילו שסדר המולקולות בגבישים בשני המקרים היה מתאים לזה שבגרעינים הראשוניים. "כך הבנו שכוחות וגורמים, אשר מעצבים את התהליך, ממשיכים לפעול באופן קבוע במשך גידול הגביש", אומר פרופ' נוימן. "הצלחנו לצפות באירוע יסודי בעולם הכימיה. הממצאים האלה מובילים אותנו למחקרים חדשים בתחום זה, ואנו בודקים עכשיו את ההשפעות ואת המשמעות של 'מצבי צבירה צפופים' בתגובה כימית שונות".

השתתפו במחקר: פרופ' ג'וזף פובלט, ד"ר חורחה קרבו, ותלמיד המחקר זונג-לינג לנג מאוניברסיטת רובירה וורגילי, טרגונה ספרד, שסייעו בחישוב תנועת המולקולות בתמיסה. 

בסרטון: גיבוש מתמיסה על-ידי היווצרות חיבור מולקולרי (מסלול אנרגיה גבוהה יותר). 

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדובר - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il