Mysteriet om, hvad der egentlig sker, når molekyler smelter sammen og danner nye varianter, er tættere på at blive løst.

For første gang er det lykkedes forskere at fotografere en ultrahurtig kemisk dannelsesreaktion direkte via røntgenstråler.

Indtil i dag har det kun været muligt at studere sådanne processer indirekte blandt andet gennem laserlys, hvor man afkoder molekylernes struktur i det lys, som molekylerne absorberer eller udsender.

Den nye direkte fotografering giver en langt større forståelse af, hvad der foregår i den korte tidsperiode, hvor elektronerne flytter sig rundt i molekylet og ændrer kemien, forklarer fysiker Kristoffer Haldrup fra Københavns Universitet, der sammen med kemiker Morten Christensen, begge fra Grundforskningsfondens Centre For Moleculer Movies ved Københavns Universitet, står bag forsøget.

»Hidtil har det kun været muligt at vise, hvad der sker før og efter reaktionspilen i en kemisk proces. Vi undersøger derimod selve processen. Det vil sige, hvad der sker i selve reaktionspilen,« siger Kristoffer Haldrup.

Metode kan gøre katalysatorer bedre
Han forklarer, at undersøgelsesresultaterne blandt andet vil kunne bidrage til mere energibesparende kemikalieproduktion og effektivisere de kemiske processer i rensningsanlæg.

»Resultaterne er første skridt på en lang vej til bedre at forstå for eksempel platins kemiske egenskaber og vil blandt andet kunne bruges i beregninger af katalysatormaterialer,« siger han.

Kemisk reaktion er ufattelig minimal
Størrelsesskalen for den kemiske reaktion er på en milliontedele af en millimeter, mens tidsskalaen er på mindre end en milliardendedel af et sekund. Reaktionen er altså umiddelbart for lille til at se og næsten for hurtigt til at måle. Forskerne har derfor måttet bruge specialdesignede instrumenter til deres forsøg, der har forgået på det store europæiske synkrotronstrålecenter ESRF i Grenoble.

Når det hidtil ikke er lykkedes forskere at observere så små kemiske reaktioner direkte skyldes det desuden, at det fotoaktive platinmolekyle, der bruges under forsøget, reagerer med ilt og derfor er svær at håndtere. Det har derfor været afgørende at have en kemiker koblet på forsøget, der har kunnet arbejde med de skrøbelige stoffer, så de holder længe nok til, at de kan observeres.

»Når vi har færdigudviklet denne her metode, vil vi kunne følge præcist hvordan og i hvilken rækkefølge, atomerne flytter sig rundt, når man inducerer ændringer i molekylernes struktur,« siger Morten Christensen.

De to forskere regner med at gentage fotograferingen, når nye røntgenfaciliteter, de såkaldte fri røntgenelektronlasere, står klar i USA, Europa og Japan i de kommende år. De nye faciliteter vil gøre det muligt at fotografere 1000 gange så hurtigt og altså få endnu mere præcise billeder af den kemiske proces.