Các nhà khoa học đã tìm ra loại phản ứng hóa học chưa từng thấy nhưng đã được tiên đoán từ thập niên 1930.

Người ta cho rằng điều này có thể mở ra cơ hội cho việc phát triển các thiết kế động cơ mới đồng thời giúp lý giải một loạt các vấn đề cơ bản khác của giới tự nhiên, Sciencealert đưa tin hôm 18/8.

Năm 1956, hai nhà khoa học là Cyril Hinshelwood và Nikolay Semenov được trao giải Nobel Hóa học cho thành quả nghiên cứu của họ từ thập niên 1930 liên quan đến giả thuyết về sự tồn tại của một loại phản ứng hóa học thứ tư.

Cyril Hinshelwood và Nikolay Semenov – hai nhà hóa học đạt giải Nobel năm 1956 cho các dự đoán về loại phản ứng phân tử thứ tư (Ảnh: Pinterest)

Nhưng trong nhiều thập kỷ sau đó, các nhà nghiên cứu kết luận rằng những phản ứng này không đặc biệt quan trọng, vì vậy không ai thực sự đi sâu tìm hiểu về nó.

Trước đây, chỉ có ba loại phản ứng được coi là quan trọng về mặt hóa học:

  • Phản ứng đơn phân tử, hay còn gọi là phản ứng phân hủy – loại phản ứng chỉ có một loại phân tử là chất phản ứng. VD: 2H2O = 4H2 + O2.
  • Phản ứng lưỡng phân tử, nơi hai chất tiếp xúc với nhau và xảy ra phản ứng. VD: Na2O+H2O=2NaOH.
  • Phản ứng liên phân tử, khi hai chất phản ứng và kết hợp lại, sau đó va chạm tiếp một phân tử thứ ba lấy đi một lượng năng lượng để làm cho nó ổn định. VD: Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3H2O + 3NO2.

Loại phản ứng phân tử thứ tư mới rất giống với các phản ứng liên phân tử ở trên nhưng thay vì lấy đi năng lượng, phân tử thứ ba tham gia vào việc tạo ra và phá vỡ các liên kết hoá học.

Mô tả dạng thức phản ứng hóa học thứ tư (Ảnh: Sciencealert)

Người đứng đầu công trình nghiên cứu, Michael Burke, từ Đại học Colombia, nói: “Đốt cháy luôn là điểm khởi đầu để hiểu biết tất cả các loại cơ chế hóa học khác. Có khả năng có thể có vô số phản ứng từ lớp mới này có ảnh hưởng đến cách chúng ta xây dựng hàng loạt mô hình nghiên cứu các ion và phân tử trong pha khí.”

Dựa trên dữ liệu tính toán được tạo ra từ các nguyên tắc đầu tiên như phương trình Schrödinger và phương trình cơ bản của cơ học lượng tử. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp tính toán mới nhất kết hợp giữa tính toán hóa học lượng tử hỗn hợp với tính toán chuyển động để mô phỏng phản ứng và sự chuyển động của các phân tử khí trong cùng lúc.

Burke nói: “Sức mạnh của các phương pháp tính toán tiên tiến này là chúng có thể cung cấp một ống kính quan sát duy nhất vào môi trường hóa học khắc nghiệt không phù hợp với các kỹ thuật thực nghiệm để nghiên cứu động lực phản ứng của từng đối tượng. Kết hợp các dữ liệu này với các mô hình vật lý khác cho phép chúng ta xác định trực tiếp tác động của một phản ứng đơn lẻ ra khỏi hệ phản ứng tổng thể – một việc rất khó thực hiện trong phòng thí nghiệm.”

Khám phá này tạo tiền đề cho việc thiết kế các loại động cơ mới, hiểu sâu hơn về sự hình thành của đám mây, biến đổi khí hậu, sự phát triển của các chất gây ô nhiễm, thậm chí có thể là chuỗi các phản ứng có thể tác động đến các điều kiện đối với cuộc sống ngoài trái đất.

Không gian vũ trụ là một trong những ngành được hưởng lợi lớn từ nghiên cứu. Như chúng ta biết, các phương tiện du hành vũ trụ phải chịu đựng nhiệt độ rất cao khi trở về Trái Đất. Burke dự đoán rằng lớp phản ứng thứ tư này có thể ảnh hưởng đến việc truyền nhiệt, và việc nghiên cứu chuyên sâu về nó có thể tạo ra những bước tiến lớn trong quá trình thiết kế các hệ thống bảo vệ nhiệt giúp cho các phi hành gia có thể an toàn khi trở về trái đất.

Bản báo cáo nghiên cứu đầy đủ hiện được công bố trên tạp chí Nature Chemistry. Giai đoạn tiếp theo của nghiên cứu là sử dụng những gì họ học được từ phản ứng ba phân tử để tạo ra các lý thuyết tổng quát giúp giải thích các câu hỏi quan trọng không được trả lời trong khoa học hành tinh và điều kiện đốt cháy.

Hoài Anh

Xem thêm:

Từ Khóa: