מחקרו של פרופ' איגור רכינוב, חבר סגל בכיר במחלקה למדעי הטבע והחיים באוניברסיטה הפתוחה, ושותפיו למחקר מגרמניה (אוניברסיטת גוטינגן), הודו (מכון טאטא למחקר), ארה"ב (אוניברסיטת ניו מקסיקו) ויוון (אוניברסיטת כרתים) בנושא הנתיב המיקרוסקופי לספיחה כימית ופיזיקלית פורסם היום, 18 בספטמבר 2020, בכתב העת Science היוקרתי.

 

 בתהליך ספיחה, המולקולות מתנגשות בפני השטח של חומר מוצק ומאבדות את אנרגיית התנועה שלהן ואת האנרגיה הפנימית האצורה בהן, בחצייתן נתיב דינמי  לשיווי משקל. אובדן האנרגיה מתרחש בדרך כלל, הן עקב היווצרות קשרים כימיים (ספיחה כימית), והן עקב אינטראקציות שאינן כוללות היקשרות (ספיחה פיזיקלית). הספיחה והעדפתה למסלול כימי או פיזיקלי היא מושג מרכזי בכימיה של פני שטח. להעדפת נתיב ספיחה כימי או פיזיקלי השפעה קריטית על "גורלו" של החומר הנספח לפני השטח.

 

ספיחתן של מולקולות לפני שטח של מוצקים עומדת בבסיסם של שלל תהליכים טכנולוגיים המוכרים לנו מחיי היום־יום, כגון פעולתן של מסכות מגן, ניקוי גזי פליטה מחומרים מזיקים בממיר קטליטי במכונית, המרת גז טבעי לדלק נוזלי לתחבורה ותכנון מתגים בסקלה מולקולרית לטכנולוגיות העתיד. דוגמה אקטואלית שטרם נמצאה תשובה חד־משמעית בעניינה היא שרידותו של נגיף קורונה על משטחים שונים.

 

למרות החשיבות המרכזית של תופעת הספיחה לכימיה של פני שטח, קיים קושי ניכר בחיזוי ובמדידה כמותית של הנתיב הדינמי שמולקולה עוברת בספיחה כימית ופיזיקלית. לא זאת בלבד שתיאוריות המבנה האלקטרוני מתקשות לספק תיאור כמותי ומדויק של ספיחה המתרחשת בו־זמנית תוך כדי היקשרות כימית לפני שטח ובלעדיה, אלא שעד כה לא דווח על ניסויים המאפשרים לדגום תהליך זה באופן ישיר.

 

פרופ' רכינוב ושותפיו למחקר בחנו באמצעות ניסויים ייחודיים העושים שימוש באלומות מולקולריות ולייזרים ספיחה של חד־תחמוצת הפחמן (CO) לגביש של זהב – מערכת שהיא אב־טיפוס לתהליכים רבים בכימיה של פני שטח. החוקרים הכינו את מולקולות חד־תחמוצת הפחמן במצב מוגדר היטב של אנרגיית תנועה ואנרגיה פנימית ובחנו את ספיחתן לפני שטח במנעד טמפרטורות רחב. זמן החיים של התנודה האצורה במולקולות הנספחות לפני גביש הזהב משתנה מאוד בין מצב ספיחה פיזיקלי לבין מצב ספיחה כימי, והוא משמש מעין "שעון פנימי" שאפשר לחוקרים להתחקות באופן כמותי אחר הנתיב המיקרוסקופי של הספיחה. הממצאים שלהם המתפרסמים היום בכתב העת Science הם אבן דרך להבנה של כימיית פני שטח וקטליזה הטרוגנית.

 

למחקר המלא: 
 
Georg-August University of G�ttingen
The Open University of Israel
Tata Institute of Fundamental Research, India.
University of New Mexico, USA
University of Crete, Greece.