114 Hemijski pregled

Ivan GUTMAN, Jelena MARKOVIÕ, Boris FURTULA, Prirodno-matematiøki fakultet Kragujevac (e-mail: gutman¼kg. ac. yu)

FOTOGRAFIJE ATOMA I MOLEKULA

Najmañe dva veka hemiøari znaju da je materijaizgraæena iz atoma i molekula. Do nedavno se sma-tralo da su atomi i molekuli toliko sitni da seni na koji naøin ne mogu videti. Posle otkriõaskenirajuõe tunelske mikroskopije u osamdesetimgodinama proålog veka ova tvrdña viåe nije taø-na: danas se mogu napraviti fotografije atoma imolekula, pa øak i atoma unutar pojedinaønih mo-lekula. Ciç ovog ølanka je da øitaoce “Hemijskogpregleda”, a naroøito nastavnike hemije, upozna sovom øiñenicom, te da im na raspolagañe stavinekoliko karakteristiønih fotografija.

SKENIRAJUÕA TUNELSKA MIKROSKOPIJA

Zbog poznatog dualizma talas-materija (o øemuse moÿe opåirnije proøitati u uœbenicima Š1, 2Ðsnopovi elektrona ponaåaju se kao talasi. Ova øi-ñenica je joå u tridesetim godinama proålog vekaiskoriåõena za konstrukciju takozvanog elektron-skog mikroskopa. Pomoõu ovog ureæaja mogu se po-smatrati predmeti mnogo mañih dimenzija od onihkoji se mogu videti na obiønom (optiøkom) mikro-skopu. Zato je elektronski mikroskop naåao brojneprimene u medicini i biologiji, kao i u nekim ob-lastima fizike i fiziøke hemije.

U osamdesetim godinama proålog veka uøiñenje jedan znaøajan, moglo bi se reõi: revolucionaran,napredak u ovoj tehnici, otkriõem takozvane skeni-rajuõe tunelske mikroskopije (egleski: ScanningTunnelling Microscopy), skraõeno: STM. To su zajed-niøki ostvarili nemaøki nauønik Gerd Bining(Gerd Binning, 1947-), i åvajcarski nauønik HajnrihRorer (Heinrich Rohrer, 1963-). Ñih dvojica su za svo-je otkriõe, zajedno sa konstruktorom prvog elek-tronskog mikroskopa Ernstom Ruskom (Ernst Ruska,1907-1988), godine 1986. dobili Nobelovu nagradu zafiziku.

U najkraõim crtama skenirajuõi tunelski mi-kroskop radi na sledeõi naøin. Metalna igla (naj-øeåõe od zlata) se postavi u neposrednu blizinu (narastojañu od oko jednog nanometra) od povråine ko-ja se ispituje. Izmeæu igle i ispitivane povråineodrÿava se odreæena naponska razlika. Preciznim,elektronikom voæenim, postupkom igla se pomeraiznad ispitivane povråine i registruje se struja

koja tom prilikom nastaje. Ova struje je posledicajedne kvantno-mehaniøke pojave poznate kao tunel-ski efekat Š1, 2Ð. Analizom jaøine struje u odnosuna poloÿaj igle moÿe se rekonstruisati izgledispitivane povråijne. Preciznost STM metode jetoliko velika da se mogu prepoznati pojedinaøniatomi na povråini uzorka; o tome kasnije. Opåir-nije u skenirajuõoj tunelskoj mikroskopiji moÿe senaõi u ølanku Š3Ð, nedavno objavçenom u „Hemijskompregledu”.

KAKO SE FOTOGRAFIÅU ATOMI I MOLEKULI

Svima je poznato da osoba koju fotografiåutreba da miruje, da bi slika ispala dobro. Sliøanzahtev postoji i kada ÿelimo da fotografiåemoatome i molekule, jedino ga je znatno teÿe ostvari-ti. Atome i molekule ne moÿemo zamoliti da se zatrenutak, dok ih slikamo, umire. Da bi se atomi imolekuli åto mañe i åto sporije kretali potreb-no je sniziti ñihovu temperaturu. Zato se, kad god jeto moguõe, STM fotografije atoma i molekula pra-ve na veoma niskim temperaturama, reda nekolikodesetina kelvina.

Drugi, za hemiju interesantniji, naøin „umiri-vaña” molekula jeste da se oni adsorbuju na povråi-nu nekog metala. Tako „zarobçeni” molekuli se ma-lo ili nimalo ne kreõu i pogodni su za snimañe.Nedavno je uspelo i fotografisañe molekula u po-kretu i tokom hemijske reakcije, o øemu takoæe po-stoji ølanak Š4Ð u „Hemijskom pregledu”.

FOTOGRAFIJE

Danas se na internetu mogu pronaõi brojneSTM fotografije atoma i molekula. Øitaocima„Hemijskog pregleda” koji za to imaju priliku, pre-poruøujemo da ih sami potraÿe. Dovoçno je u pre-traÿivaø upisati „STM molecule”. O ovom odeçkuprikazujemo i ukratko komentariåemo nekolikotakvih fotografija – jednu na kojoj se vide atomi,dve na kojoj se vide pojedinaøni molekuli, i jednu nakojoj se vide pojedinaøni atomi u molekulu.

Na slici 1 se vidi povråina kristala silici-juma. Lepo se uoøavaju pojedinaøni atomi i ñihovpravilan raspored u kristalnoj reåetki. Paÿçi-

ØLANCI

Godi{te 48. broj 5 (2007) 115

vijim posmatrañem uoøiõemo i nepravilnosti u ra-sporedu atoma, takozvane kristalne defekte.

Slika 1. Kristalna reåetka silicijuma.

Na slici 2 se vide molekuli fulerena, adsorbo-vani na povråini srebra (slova A, B, C su, naravno,dopisana naknadno). Fulereni su molekuli sastav-çeni od veõeg broja ugçenikovih atoma, formuleCn. Slovom A su oznaøeni molekuli sa åezdeset ug-çenikovih atoma, C60 dok molekuli oznaøeni sa B iC imaju mañe od åezdeset atoma (åto se i golimokom lako prepoznaje).

Slika 2. Molekuli fulerena (Cn) adsorbovani na

povråini srebra.

Na slici 3 (s leve strane) je fotografija dvajumolekula trans-butena, CH3CH=CHCH3, adsorbova-nih na povråini paladijuma. Svako svetlo poçe od-govara grupi CH3CH, a izmeæu dva susedna svetla po-ça je dvoguba veza C=C. Dijagram s leve strane (kojinije fotografija) ilustruje naøin na koji su mole-

kuli trans-butena adsorbovani na kristalnoj re-åetki metala.

Slika 3. Levo: Dva molekula trans-butena adsor-bovana na povråini paladijuma. Desno: Skicakoja ilustruje naøin adsorpcije trans-butena nakristalnoj reåetki paladijuma

Na slici 4 vidimo fotografiju molekula hlo-riranog bakar(II)ftalocijanina. Na jednom od mo-lekula naknadno su upisani simboli odgovarajuõihatoma. Lako se prepoznaju atomi bakra i hlora, aatome hlora moÿemo øak i prebrojati. Da bi se uoø-ili ostali atomi potrebno je malo viåe maåte.

Slika 4. Molekuli hloriranog bakar(II)fta-locijanina; pojedini atomi u molekulu, naroøitobakar i hlor, se dobro raspoznaju.

ZAKÇUØAK

Davnaåñi san hemiøara da vide atome i mole-kule je ostvaren.

A b s t r a c t

PHOTOS OF ATOMS AND MOLECULES

Ivan Gutman, Jelena Markoviõ, Boris Furtula

Faculty of Science Kragujevac, Serbia

By menas of scanning tunnelling microscopy (STM) itis possible to make photographs of atoms and molecules, aswell as atoms within molecules. The basic principles ofSTM are outlined and a few photographs shown and brieflycommented.

116 Hemijski pregled

LITERATURA

V. Vukanoviõ, Atomistika, Nauøna kñiga, Beograd,1977, poglavçe 6.

S. Macura, J. Radiõ-Periõ, Atomistika, Sluÿbenilist SCG, Beograd, 2004, poglavçe 8.

M. R. Radoviõ, N. Bundaleski, Z. Ç. Rakoøeviõ, Ska-nirajuci tunelski mikroskop. Primena za anali-zu povråina øvrstog tela, Hem. Pregled 44 (2003)14.

I. Gutman, S. Stankoviõ, B. Øabriõ, N. Stevanoviõ,Hemijska reakcija posmatrana pomoõu elektron-skog mikroskopa, Hem. Pregled 45 (2004) 26.

py

py

Maja VITOROVIÕ-TODOROVIÕ, istraÿivaø-saradnik, Vojnotehniøki institut, Beograd(email: mvitod¼chem. bg. ac. yu)

BIOLOÅKE METE I MEHANIZAM DEJSTVA SAVREMENIH

BOJNIH OTROVA

Bojni otrovi su hemijska jediñeña koja se kori-ste u vojnim operacijama u nameri da usmrte, ozbi-çno povrede ili onesposobe izloÿene osobe, ispo-çavajuõi svoje fizioloåko dejstvo. Termin “hemij-sko oruÿje” podrazumeva bojne otrove zajedno sa si-stemima za ñihovu primenu. U poreæeñu sa konven-cionalnim oruÿjem, relativno mala koliøina sa-vremenih bojnih otrova je dovoçna da usmrti ogro-man broj çudi. Stoga je hemijsko oruÿje, zajedno sanuklearnim i bioloåkim klasifikovano kao oruÿ-je za masovno uniåtavañe. Paralelno sa razvojembojnih otrova, razvijala su se i sredstva ñihoveprimene. Razvojem projektila dugog dometa, puñe-nih bojnim otrovima, koji mogu da nose agens dalekood originalnog mesta sukoba, stvorena je joå veõaopasnost od oruÿja za masovno uniåtavañe. Bojniotrovi su se dugo smatrali jediñeñima za koja po-stoji samo vojni interes. Upravo zbog navedenih ka-rakteristika (male koliøine izazivaju brzo trova-ñe velikog broja çudi, relativno lako se primeñu-ju) bojni otrovi pretstavçaju efikasno oruÿje zateroristiøke akcije. Proizvodña bojnih otrovaviåe nije tajna. U vojnim uœbenicima, stranoj lite-raturi i na internetu je lako doõi do podataka osintezi ovih jediñeña a neke od polaznih supstanciza sintezu se mogu naõi na slobodnom trÿiåtu. Te-roristiøki napadi nervnim otrovom sarinom uMatsumotu i Tokiju sredinom devedesetih godinaproålog veka, pretstavçaju potvrdu ovakve situa-cije, a dogaæaji 11. septembra 2001. godine, iako sene tiøu upotrebe hemijskog oruÿja, potvrdili su na-meru teroristiøkih organizacija da poveõaju obimnapada i broj ÿrtava.

U ovom ølanku je opisan mehanizam delovañaodabranih bojnih otrova, tj. jediñeña iz ove grupekoja imaju najveõi vojni i civilni znaøaj. Jediñeñasu izabrana na osnovu toksiønosti, obima proizvo-dñe i skladiåteña kao i verovatnoõe upotrebe ubuduõim sukobima.

PODELA BOJNIH OTROVA

Postoji viåe razliøitih kriterijuma na osno-vu kojih se moÿe izvråiti klasifikacija bojnihotrova. Danas se najviåe koristi podela prema fi-zioloåkom odgovoru organizma koji izazivaju. Ovapodela je dodatno korisna, sa obzirom da jediñeñasliøne hemijske strukture izazivaju sliøan fizio-loåki odgovor. Na osnovu toga, mogu se razlikovatipet grupa bojnih otrova Š1Ð:1. Nadraÿçivci (iritanti) obuhvataju dve pod-

grupe jediñeña: suzavce (lakrimatore) kao åtosu bromaceton, hloracetofenon i brombenzil-cijanid i kijavce (sternutatore) - trovalentnajediñeña arsena, difenilhlorarsin (Klark I(Clark), DA), difenilaminhlorarsin (adamsit,DM) (Sl. 1.). Lakrimatori ili suzavci su naj-starije poznato hemijsko oruÿje. Oni su åtetnipo zdravçe samo pod ekstremnim uslovima - vi-sokim koncentracijama i dugim periodima iz-lagaña. Tada prouzrokuju sliøno oåteõeñeoøiju i pluõa kao fozgen. Takoæe, 2-hloroben-ziliden malononitril (CS) i dihlordimeti-letar (koriåõen u Prvom svetskom ratu, a da-nas vaÿan kao intermedijer u hemijskoj indu-striji) imaju kancerogeno dejstvo. Sa nekimizuzecima, nadraÿçivci koji su se primeñi-vali u Prvom svetskom ratu, danas su prevazi-æeni sa vojne taøke glediåta.

2. Zaguåçivci (Sl. 2.) su bojni otrovi koji oåte-õuju pluõa (izazivaju edem pluõa); ovoj grupipripadaju halogenovani derivati ugçene kise-line (fozgen i difozgen) i halogenovani ni-troalkani (trihlornitrometan).

3. Krvni otrovi, øiji su najvaÿniji predstavnicicijanovodonik i hlorcijan. Primena ovih jedi-ñeña u modernom sukobu je sporna, sa obziromda se ne mogu postiõi dovoçne borbene koncen-tracije i imajuõi u vidu postojañe organofo-sfatnih jediñeña koja takoæe imaju visoku tok-siønost ali daleko boçe fiziøko-hemijske ka-rakteristike.