Doktorant z UW odkrył związek chemiczny
o niezwykłych właściwościach

Powszechnie wiadomo, że najciekawszych odkryć w historii ludzkości dokonywano przez przypadek. Tak też było i tym razem. Podczas badań nad związkami niklu, doktorant z UW zaobserwował, że jeden ze związków chemicznych zachowuje się jak gąbka, nie pochłania jednak cieczy, tylko gaz.

Pochłania i uwalnia parę wodną, lecz rozkłada się pod wpływem wody

Mgr Andrew Churchard, doktorant UW pochodzący z Wielkiej Brytanii, zauważył, że jeden z badanych przez niego związków chemicznych charakteryzuje się niezwykłymi właściwościami. Kompleks fluoroboranu niklu (II) z makrocyklicznym ligandem siarkowym wykazuje zdolność do pochłaniania i uwalniania pary wodnej, przy zachowaniu krystaliczności. Innymi słowy, jest jak gąbka, która pochłania i uwalnia nie wodę, lecz parę wodną. Odwracalne pochłanianie pary wodnej przez związki chemiczne jest obserwowane bardzo często, ale bardzo rzadko wiąże się z zachowaniem krystaliczności. Absorpcja pary wodnej prowadzi najczęściej do tak znaczących zmian w strukturze krystalicznej związku, że z reguły wywołuje dezintegrację kryształów lub ich stopniowe rozpuszczanie się w kondensującej cieczy – tak dzieje się w przypadku bardzo często używanego bromku potasu czy fluorku cezu. – Niezwykłe jest to, że ten związek całkowicie rozkłada się w zetknięciu ze „zwykłą” tzn. ciekłą wodą – podkreśla kierownik laboratorium, dr hab. Wojciech Grochala.

Do tej pory nauce znane były dwa typy układów: układy nanoporowate oraz polimery koordynacyjne, które miały zdolność pochłaniania pary wodnej przy zachowaniu struktury krystalicznej. Odkryty przez badaczy z Warszawy nowy związek niklu otwiera trzecią kategorię związków: rodzinę kryształów molekularnych.

12aneS4 wygina się jak parasol

By modelować własności dodatnio naładowanego atomu niklu, badacze użyli cząsteczki przypominającej pętlę. 12aneS4 – tak skrótowo ją nazwano – składa się z 8 atomów węgla i 4 atomów siarki, oraz 16 atomów wodoru. Naukowcom udało się połączyć cząsteczkę 12aneS4 z atomem niklu i dwoma anionami dla stabilizacji ładunku, osiągając nietypowo „giętki” kryształ molekularny. W trakcie pochłaniania pary wodnej „pętlowata” 12aneS4 wygina się jak parasol, by zrobić miejsce dla dwóch cząsteczek wody, które przyczepiają się do atomu niklu. Gdy przy delikatnym podgrzaniu woda jest emitowana ze związku, pętla 12aneS4 bez trudu wraca do poprzedniej pozycji.

Doktorant z Wielkiej Brytanii o swoim odkryciu

Andrew Churchard – doktorant z Wielkiej Brytanii – prowadzi na Uniwersytecie Warszawskim badania w ramach projektu „Hydrogen” i to jemu udało się zsyntetyzować nowy związek. – Najbardziej niezwykle jest chyba to, że wyginanie pętli 12aneS4 prowadzi do znacznego powiększenia tylko jednego z wymiarów kryształu, podczas gdy dwa pozostałe są niemal niezmienione. Taki efekt nazywany jest w nauce anizotropowym – tłumaczy młody badacz. – Wyginanie 12aneS4 można powtarzać do znudzenia: najpierw wystawiając związek niklu na działanie powietrza atmosferycznego zawierającego ślady wilgoci, a potem albo delikatnie podgrzewając molekularną gąbkę, albo wystawiając ją na działanie niskiego ciśnienia, tj. próżni. Czyli efekt jest całkowicie odwracalny – mówi Andrew Churchard.
– Dzięki obliczeniom teoretycznym udało nam się zrozumieć, dlaczego związek zsyntezowany przez Andy’ego wykazuje takie ciekawe właściwości – dodaje dr Mariana Derzsi, która używała metod modelowania komputerowego do badań kompleksu Ni(II)(12aneS4)(BF4)2.

Odkrycie naukowców z UW przyczyni się do powstania nowatorskiego urządzenia?

– Piękno tego związku tkwi w szerokiej gamie cech fizykochemicznych, które bardzo silnie zmieniają się w czasie absorpcji pary wodnej. Już gołym okiem widać zmianę koloru (czyli właściwości optycznych), ale to samo dzieje się z właściwościami magnetycznymi, termicznymi, itp. – zauważa kierownik laboratorium, dr hab. Wojciech Grochala. – To, czy związek jest w formie bezwodnej czy uwodnionej możemy zatem rozpoznać dzięki bardzo wielu metodom używanym przez naukowców, co otwiera drogę do zastosowania tego i podobnych układów jako detektorów wilgoci – tłumaczy naukowiec.

Wyniki badań zostały opublikowane w Dalton Transactions i zostały wyeksponowane na okładce czasopisma. Badacze z zaciekawieniem obserwują teraz kolejne syntezowane w ich laboratorium związki niklu. Może któryś z nich będzie w przyszłości zastosowany jako nowatorski sensor wilgoci?

Więcej informacji