Krystaliczna gąbka – ale nie dla wody lecz dla pary wodnej

Krystaliczna gąbka – ale nie dla wody lecz dla pary wodnej
Warszawa, 22.06.2012
Naukowcy z Uniwersytu Warszawskiego pracujący nad związkami niklu dokonali przypadkowego i
niecodziennego odkrycia. Jeden z badanych przez nich związków chemicznych, kompleks
fluoroboranu niklu (II) z makrocyklicznym ligandem siarkowym, wykazuje zdolność do odwracalnego
pochłaniania i uwalniania pary wodnej przy zachowaniu krystaliczności próbki. Innymi słowy,
zachowuje się jak gąbka, tyle, Ŝe w stosunku do pary wodnej (tj. gazu a nie ciekłej wody). Wyniki te,
opisane w niedawno opublikowanej pracy naukowej w Dalton Transactions, pozwolą naukowcom na
dalszą eksplorację podobnych układów i wytypowanie najlepszego z nich do celu konstrukcji czułych
detektorów wilgoci.
Odwracalne pochłanianie pary wodnej przez związki chemiczne jest obserwowane bardzo często, lecz
bardzo rzadko wiąŜe się ono z zachowaniem krystaliczności. Absorpcja pary wodnej prowadzi
najczęściej do tak znaczących zmian w strukturze krystalicznej związku, Ŝe z reguły wywołuje
dezintegrację kryształów lub ich stopniowe rozpuszczanie się w kondensującej cieczy – jak np. dla
bardzo często uŜywanego bromku potasu czy jodku cezu. Znane były jednak dwa typy układów, układy
nanoporowate oraz polimery koordynacyjne, mogące pochłaniać parę wodną z zachowaniem struktury
krystalicznej. Nowy związek niklu odkryty przez badaczy z Warszawy otwiera trzecią kategorię
związków: rodzinę kryształów molekularnych.
Zdjęcie powierzchni pastylki związku chemicznego Ni(II)(12aneS4)(BF4)2 w trakcie pochłaniania
pary wodnej: ciemnoniebieskie obszary – związek bezwodny, jasnoniebieskie – uwodniony.
Badacze uŜyli cząsteczki przypominającej pętlę, składającej się z 8 atomów węgla i 4 atomów siarki,
zwanej skrótowo 12aneS4, by modelować własności dodatnio naładowanego atomu niklu. Udało im się
połączyć cząsteczkę 12aneS4 z atomem niklu oraz dwoma anionami dla stabilizacji ładunku, osiągając
nietypowo „giętki” kryształ molekularny. W trakcie pochłaniania pary wodnej pętlowata cząsteczka
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.
Mgr Andrew Churchard, doktorant z Wielkiej Brytanii prowadzący badania na Uniwersytecie
Warszawskim, stwierdza: “Najbardziej niezwykle jest chyba to, Ŝe wyginanie pętli 12aneS4 prowadzi
do znacznego powiększenia tylko jednego z wymiarów kryształu podczas gdy dwa pozostałe pozostają
niemal niezmienione; taki efekt nazywany jest w nauce anizotropowym.” „Wyginanie 12aneS4 moŜna
powtarzać do znudzenia najpierw wystawiając związek niklu na działanie powietrza atmosferycznego
zawierającego ślady wilgoci, a potem albo delikatnie podgrzewając molekularną gąbkę, albo
wystawiając ja na działanie niskiego ciśnienia, t.j. próŜni. Czyli efekt jest całkowicie odwracalny” –
cieszy się młody badacz. „A dzięki obliczeniom teoretycznym udało się nam bardzo pięknie zrozumieć
dlaczego związek zsyntezowany przez Andy’ego wykazuje takie ciekawe właściwości” – dodaje dr
Mariana Derzsi, która uŜywała metod modelowania komputerowego do badań kompleksu
Ni(II)(12aneS4)(BF4)2.
Kierownik laboratorium, dr hab. Wojciech Grochala, zauwaŜa: “Piękno tego związku tkwi w szerokiej
gamie cech fizykochemicznych, które bardzo silnie zmieniają się w czasie absorpcji pary wodnej. JuŜ
gołym okiem widać zmianę koloru (czyli właściwości optycznych), ale to samo dzieje się z
właściwościami magnetycznymi, termicznymi, itp. To, czy związek jest w formie bezwodnej czy
uwodnionej moŜemy zatem rozpoznać dzięki bardzo wielu metodom uŜywanym przez naukowców, co
otwiera drogę do zastosowania tego i podobnych układów jako detektorów wilgoci. Niezwykłe jest
równieŜ to, Ŝe przygotowany przez mgr Andrew J. Churchard’a związek całkowicie rozkłada się w
zetknięciu ze „zwykłą” tzn. ciekłą wodą…!” – podkreśla Grochala.
Badacze z zaciekawieniem obserwują teraz kolejne syntezowane w ich laboratorium związki niklu.
MoŜe któryś z nich będzie w przyszłości zastosowany jako nowatorski sensor wilgoci?
Uwagi do edytorów:
PowyŜsza praca ukazała się w postaci publikacji “ Chemo-switched chromatic, structural and magnetic
changes with retention of molecular crystallinity, Ni(II)(12aneS4)(BF4)2” w czasopiśmie poświęconym
chemii nieorganicznej, Dalton Transactions i jest dostępna pod adresem:
http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/dt/c2dt12468h (DOI:10.1039/C2DT12468H)
Publikacja została uhonorowana wyeksponowaniem na okładce czasopisma.
Badania były prowadzone w Laboratorium Technologii Nowych Materiałów Funkcjonalnych, w
CENT, ICM i na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, oraz w dwóch współpracujących
instytucjach naukowych ze Słowenii i Szwajcarii.
dr hab. Wojciech Grochala, prof. UW jest osiągalny:
email: [email protected]
tel: +48 22 5540828
fax: +48 22 5540801
http://ltnfm.icm.edu.pl/
###