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Juraj Lenhard from Pixabay

 この世のあらゆるものが原子同士の結合によって作られている。太陽も、地球も、もちろん私たちもそうだ。どの物質も2つの原子が結合し、物質を形成するという化学的プロセスの賜物だ。

 世界の成り立ちには必要不可欠なこのプロセスであるが、その瞬間をカメラが捉えたことはない。それは人間の髪の毛の50万分の1という極小のスケールでの出来事なのだから無理もない。

 しかし、ある国際グループがついにその撮影に成功したという。『Science Advances』(1月17日付)で発表されたそれは、原子と原子の結合をリアルタイムで捉えた史上初の動画だ。
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Atoms bonding caught on camera

2つのレニウム原子が結びつき、別れ、再び結びつく瞬間


 20秒弱の動画には、カーボンナノチューブの中を移動する2つの原子が映し出されている。

 撮影したのは、独ウルム大学と英ノッティンガム大学の研究グループ。同グループは、試験管に見立てた1〜2ナノメートルのカーボンナノチューブの中に「レニウム(Re)」という原子のペアを捕捉し、透過電子顕微鏡で撮影を試みた。

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University of Nottingham

 それらはゆっくりゆっくりと歩み寄り、突然1つの塊に融合。が、やがて楕円形に歪んで跳ね回ると解離する。だが、この状態は長くは続かず、再び歩み寄ると、ついに固く結ばれた分子として落ち着いた。


原子はエネルギー的な安定を求めて結合する


 原子は、エネルギー的に安定するために互いと結合する。単一の原子だとエネルギー的にかなり不安定だ。

 しかし結合すれば、正電荷を帯びた原子と負電荷を帯びた原子は、固有の特性を備えた分子を形成することができる。

 動画のレニウム原子のペアは、チューブ内を移動しながら結合距離を変化させている。これは周囲の環境の変化に応じて原子間の結合力も強まったり弱まったりしているということなのだが、そのために結合距離が原子の大きさを超えた瞬間、結合がパッと開裂してしまう。

 だが、すぐにまた互いに引き合い、分子を再形成する。引きつけ合い結合する力が抵抗するには大きすぎるからだ。そして、最終的にはよりエネルギー的に安定したペアの状態で落ち着く。

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University of Nottingham

 引っ付いて1つになってまた離れる。この動き、何かと似てるな。

References:Walking with atoms – chemical bond making and breaking recorded in action - University of Nottingham/ written by hiroching / edited by parumo
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コメント

1

1. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 20:35
  • ID:ubbg2O5a0 #

●●

2

2. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 21:11
  • ID:tY5LM4bU0 #

夫婦みたい…って思った。
まるで生きているかのよう。

3

3. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 21:12
  • ID:A.yjqXGW0 #

人間世界で例えたら東京日本橋から小田原城の上で
ハンバーガー食っている姿を目視しろというレベルか
そりゃいくら高度な測定器具でも厳しいわな

4

4. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 21:13
  • ID:ZOvJJoff0 #

5

5. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 21:17
  • ID:iiPVuyQi0 #

レニウムちゃんは愛の謎が解けたんだよ、だから・・・。

6

6. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 21:17
  • ID:vxY1hbac0 #

大宇宙から見たら人間もこんなもんなのかな

7

7. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 21:30
  • ID:jR47KCr10 #

どういう撮影方法なんだろうね

8

8. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 21:33
  • ID:ACI6XtYR0 #

原子の結合モデルってCGとか絵とかでよく見るけど、ほんとにあの絵みたいに物理的に繋がってるんだな。(映像で見る限りは)
あれはずっと理論上のモデルだと思ってた

9

9. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 21:39
  • ID:pwppu1sb0 #

…●  ●…

10

10. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 22:29
  • ID:BENMtKET0 #

ぷよぷよで見たうごき

11

11. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 22:52
  • ID:IKcyrbVG0 #

>>5
一人きりじゃいられなくなったんだね!

12

12. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 23:05
  • ID:LyP.UR9R0 #

これ、ラーメンの汁でやったことあるわ

13

13. 匿名処理班

  • 2020年01月23日 23:51
  • ID:oiaWhs2l0 #

原子の結合や分離と言われてもピンと来なかったが
こんなにそのまんまなんだな

14

14. 匿名処理班

  • 2020年01月24日 00:28
  • ID:84jsfV.L0 #

「突然1つの塊に融合」って書いてるけど、原子と原子と観測者が一直線上に並んだように思える。核融合なんてことはあり得ないし、実際はどーなんだろ。

15

15. 匿名処理班

  • 2020年01月24日 01:38
  • ID:ApLbwP7m0 #

※14
縦になったで正解だと思うよ

16

16. 匿名処理班

  • 2020年01月24日 02:34
  • ID:r3CguE.C0 #

このサムネが一瞬、拡大した蜘蛛に見えて、ゾッとしたのは私だけか?

内容と関係なくてごめんね。
あと、私と同じ恐怖症の人もごめんね。

17

17. 匿名処理班

  • 2020年01月24日 04:22
  • ID:68p28leD0 #

>>10
ばよえーん

18

18. だんごむし

  • 2020年01月24日 05:38
  • ID:Jq9SK64a0 #

パルモさん。。

パルモさん。。。

19

19. 匿名処理班

  • 2020年01月24日 06:34
  • ID:01ikMyYM0 #

今の技術凄いことになってるな。原子初めて見た。

20

20. 匿名処理班

  • 2020年01月24日 07:44
  • ID:kwgHQ4M80 #

なんかかわいい

21

21.

  • 2020年01月24日 08:31
  • ID:4qvlG6T70 #
22

22. 匿名処理班

  • 2020年01月24日 12:20
  • ID:RW7aw6At0 #

原子ですら相手がいるというのに……

23

23.

  • 2020年01月24日 14:28
  • ID:4qvlG6T70 #
24

24. 匿名処理班

  • 2020年01月24日 17:05
  • ID:3bKgM0Zz0 #

すばらしい!

25

25. 匿名処理班

  • 2020年01月25日 06:51
  • ID:8xHC6BqW0 #

不確定性理論はどこに行ったの?

26

26. 匿名処理班

  • 2020年01月25日 10:23
  • ID:xOMLFL.g0 #

結合じゃなく上に軽く乗っかった場合はどう映るんだろ?ちゃんと見分けつくものなの?

27

27. 匿名処理班

  • 2020年01月25日 21:49
  • ID:iPM90XPp0 #

原子って黒い玉なの?
原子核と電子の間には何もないのかと思ってた。

28

28. 匿名処理班

  • 2020年01月26日 03:55
  • ID:vKr4ucSH0 #

雀二匹がぴょんぴょんしているように感じた

29

29. 匿名処理班

  • 2020年01月27日 12:41
  • ID:xzp56O4a0 #

※10
4つくっついたら対消滅してしまうwww

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