Microscoop kan atoomverbindingen in moleculen tonen

Franse en Spaanse wetenschappers zijn erin geslaagd om met een microscoop plaatjes te maken van moleculen waarbij de verbinding tussen atomen zichtbaar is. Een dergelijke microscoop kan gebruikt worden voor onderzoek in de chemie.

De microscoop werkt met een minuscule metalen naald waarbij het uiteinde is voorzien van een koolstofmonoxide-molecuul. Door de naald over een oppervlak te bewegen kan een beeld worden gecreëerd. De techniek wordt atomic force microscopy genoemd en is ontwikkeld door IBM. Eerder slaagde dit bedrijf er al in om plaatjes van een individueel molecuul te maken.

Bij hun onderzoek moesten de Franse en Spaanse wetenschappers hun microscoop gekoeld houden op een temperatuur van -268 graden, om ervoor te zorgen dat het beeld door trillingen niet werd verstoord. Afbeeldingen worden gemaakt door elektronenrepulsie te meten: wanneer het koolstofmonoxide-molecuul over het oppervlakte van een molecuul beweegt, zorgt toenadering voor een sterkere elektromagnetische afstoting. Op basis daarvan kunnen met de computer plaatjes worden geconstrueerd.

Een van de gepubliceerde afbeeldingen laat duidelijk de verbindingen tussen individuele atomen zien in een molecuul. De technologie kan wetenschappers erbij helpen uit te vinden wat er op atomair niveau gebeurt bij chemische reacties. Volgens de wetenschappers kan hiermee onder andere de moleculaire structuur van grafeen beter worden bestudeerd.

Reacties (118)

[Rrob]

Volgens mij is een kijkwijzer bij dit plaatje wel handig:
Enorm simpel gezegd zijn de atomen de driesprongen van de groene lijnen (zeg maar waar bij catan de dorpjes staan).
De geel-groene lijnen tussen de driesprongen (catan: straatjes) zijn de verbindingen tussen de atomen.
De rode en oranje vlekken zijn niet interessant, dat is loze ruimte.

Wat wel interessant is, is dat er te zien is hoe het molecuul er precies uitziet: zijn de zeshoeken perfect symmetrisch of juist een beetje vervormd. En zijn alle atoombindingen (straatjes) even lang en dik of zit daar nog verschil tussen.

edit> Bij het andere plaatje op de bbc site is beter te zien dat niet alle zeshoeken de zelfde vorm hebben http://news.bbcimg.co.uk/...pg/_62880035_62880034.jpg

[Reactie gewijzigd door Rrob op 23 juli 2024 08:31]

[gp500]

Wat ik me afvraag is waarom die atoomverbinding zo goed te zien is en evenbreed is als het atoom(knooppunt) zelf.

[Singelaar]

De microscoop brengt niet de atomen zelf in beeld, maar de elektronenwolken om de atoomkernen heen. Het beeld word namelijk gevormd door het meten van elektronenrepulsie. De groene kernen die je ziet zijn dus electron verdelingen om de atoomkern heen. Een moleculaire verbinding tussen twee atomen wordt ook gevorm door een electronenwolk. Die wolk is dus ongeveer even dik als de kern die je zit bij de driesprongen

[Anoniem: 406468]

Misschien nuttig om wat extra informatie te geven over hoe de meting plaatsvindt. Dit gebeurt namelijk doormiddel van een laser en een aan de naald bevestigd spiegelcomplex. Een afwijking op atomaire schaal kan namelijk niet met conventionele druksensoren gemeten worden en daarom wordt gebruik gemaakt van de afbuiging van een laserstraal, welke wel significant verschil geeft bij de sensor die deze meet gezien een atomaire afwijking in hoek van het spiegelcomplex al een duidelijke afwijking in laserlicht positie op de sensor geeft. Overigens wordt er ook gebruik gemaakt van een compensatiemechanisme middels deze laser om te compenseren voor hoogteverschillen, kort gezegd wordt hiermee additionele informatie over hoogte en reliëf gegeven. De reden dat er hier voor een koude temperatuur gekozen is wordt wel vermeld maar niet verder verduidelijkt, het gaat er hier om dat ruis op submoleculair niveau geminimaliseerd wordt om informatie op atomair niveau goed hiervan te kunnen onderscheiden, waarmee dus de resolutie verhoogd wordt.

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 406468 op 23 juli 2024 08:31]

[Blokmeister]

Voor meer informatie over AFM: http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_force_microscopy

Voor meer info over deze vorm van contactmicroscopie: http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_probe_microscopy

[mrlammers]

In 1986 is de rastertunnelmicroscoop uitgevonden die ongeveer hetzelfde deed.
http://nl.wikipedia.org/wiki/Scanning_tunneling_microscopy
Doordat golffuncties van de 'naald' en het object overlappen, treedt er tunneling van elektronen op: elektronen kunnen door de ruimte tussen het object en de naald tunnelen, en er begint een stroom te lopen, die meet je dan, et voilá, je hebt de binding zichtbaar gemaakt.

[michelvosje]

Zouden we ooit full HD opnamen hiervan kunnen maken? Vraag me af wat voor kleuren atomen of sub atomaire deeltjes hebben.

[Anoniem: 417179]

Deze hebben geen kleur omdat kleur een golflengte van licht is en het licht wat op de deeltjes valt er door/omheen gaan. Het kleinste deeltje dat licht kan zien is een deeltje van ca. 380nm.
Dit beeld is gevormd met een elektronenmicroscoop en die kan in principe tot +-0.1nm beelden maken.

Kleiner dan 380nm is dus in principe altijd ingekleurd.

[Mitsuko]

In principe kan je met near-field effecten ook met hogere resolutie structuren waarnemen met zichtbaar licht. Probleem is dan wel dat je met je microscoop minder dan een golflengte van de sample af moet zitten (hoewel er gewerkt wordt aan technieken om het ook op grotere afstand te kunnen doen).

Voor meer: Near-field scanning optical microscope

[Reactie gewijzigd door Mitsuko op 23 juli 2024 08:31]

[Rrob]

Niet met een elektronenmicroscoop maar met een atomic force microscoop, dat is nogal een verschil.

[_Thanatos_]

En nu met uitleg

[Anoniem: 399807]

Ik vind het moeilijk me voor te stellen wat je dan waarneemt als je geen kleur op een deeltje ziet. Het heeft dus geen secundaire eigenschappen, zoals Descartes ze noemde.

[D.oomah]

Het zit al in de naam, maar die microscoop meet de aantrekkingskracht/afstootkracht tussen de punt van de naald en het atoom. Dus je hebt per 'pixel' een getal wat de kracht aangeeft (in Newton). Door deze getallen te binden aan een kleur krijgt je zo'n ingekleurd plaatje.

[DarkTemple]

Klinkt best logisch. Als al die kleine deeltjes geen licht 'opvangen', waarom dan wel het geheel?

[mr32]

Zouden we ooit full HD opnamen hiervan kunnen maken? Vraag me af wat voor kleuren atomen of sub atomaire deeltjes hebben.

Dit zal waarschijnlijk nooit gebeuren. Deze microscopen werken niet op licht, waardoor het onmogelijk is om kleurinformatie te verzamelen van de moleculen. In het artikel wordt al vermeld dat

Afbeeldingen worden gemaakt door elektronenrepulsie te meten

. Het is op dit moment niemand gelukt om op zo'n grote vergroting met een lichtmicroscoop te maken.

Andere grote microscopen (bijv. die van FEI) werken op basis van elektronen bundels, die vuren een aantal elektronen af op een preparaat, en door te meten hoeveel elektronen er terugkaatsen kunnen ze bepalen om welke stoffen en structuren het gaat, waarna er door de computer een plaatje berekend wordt. Dit proces duurt, net als deze microscoop het waarschijnlijk doet, gewoon erg lang, waardoor het maken van video-opnamen ook niet mogelijk is.

Verder vind ik deze manier bijzonder goed gevonden, en ik hoop daarom ook dat dit wat meer aan het licht brengt qua chemie ed.!

[Reactie gewijzigd door mr32 op 23 juli 2024 08:31]

[Blokmeister]

Electronenmicroscopen kunnen prima filmpjes maken. Afgelopen week nog met zo'n microscoop gewerkt. De refreshrate van deze microscoop ligt tussen de 5 en 10 fps. Verder meet je met deze teruggekaatste electronbundels meestal niet om welke elementen het gaat. Daarvoor gebruik je XPS (x-ray photoelectron spectroscopy).

Kleur is verder een soort van gecondenseerde eigenschap. Moleculen en kristallen hebben de eigenschap kleur. Net als dat je bij een enkel molecuul niet van een vaste stof, vloeistof of gas kan spreken, omdat dat gaat om de wisselwerking tussen vele moleculen, kan je ook niet spreken over de kleur van een electron of een ander subatomair deeltje. Die eigenschap komt pas als je vele electronen en nuclei bij elkaar hebt.

[memphis]

En naast dat... wat niet is kan nog komen......

[wootah]

Full HD is niet eens zo belangrijk, het gaat er om of je de structuur kan zien, dat is een zeer grote stap.
Kleuren? de kleuren die je hier ziet zijn nep kleuren en alleen bedoelt om de verschillen in materiaal te weergeven. Sowieso werkt deze microscoop niet meer met licht waardoor het waarnemen van kleuren sowieso al niet mogelijk is

[ReDnAx1991]

Wat ben ik blij als dat er is, dan kan ik die vervloekte NMR achterwege laten (mooie techniek hoor) maar soms word je er absoluut niet vrolijk van, vooral als je een polymeer van 2 miljoen moleculen wil bekijken! nee, meekijken tijdens een reactie lijkt me wel het aller vetste dat ik ooit kan en zal zien.

Verder ben ik echt blij dat er wetenschappers zijn die hiermee bezig zijn, al sinds mijn eerste aanraking met scheikunde vraag ik me af hoe die dingen in elkaar zitten, natuurlijk heb ik ervoor geleerd en ben ik erin afgestudeerd en weet ik "hoe" het zit, maar tegenwoordig zijn het nog hypotheses vandaar de hoe tussen aanhalingstekens, er is nog steeds geen tastbaar bewijs dat het zo is als dat wij denken. Gelukkig ben ik wetenschapper en geld voor mij nog steeds dat iets klopt zolang het tegendeel nog niet bewezen is.

[Crackh34d]

Leuk grapje of enorme facepalm?

[Origin64]

En mijn natuurkundeleraar mij maar vertellen dat we "nooit" een microscoop zouden kunnen maken die individuele atomen zichtbaar kan maken. Hah.

[Boxman]

De natuurkundeleraar in kwestie wilde een punt maken over dat deeltjes die kleiner zijn dan de golflengte van zichtbaar licht niet met licht zichtbaar gemaakt kunnen worden. Klaarblijkelijk is het punt dat hij wilde maken totaal langs je heen gegaan.

Heeft ook niks met de huidige stand van de techniek te maken. Atomen en elementaire deeltjes zullen we nooit kunnen *zien* in de meest letterlijke zin van het woord.

Het plaatje wat bij dit artikel getoond is, is slechts een extrapolatie van meetpunten gebaseerd op een techniek die fundamenteel verschilt van het gebruiken van zichtbaar licht om iets zichtbaar te maken. De kleurtjes zijn een arbitraire toevoeging die door de onderzoekers is uitgekozen om de meetresultaten te visualiseren - dit is dus _niet_ hoe het 'eruit ziet'.

tl;dr - er is fundamenteel gezien uberhaupt geen sprake van "kunnen zien" bij atomen.

[0rbit]

Dat hangt natuurlijk helemaal van je definitie van zien af. Kun je fotonen zien? Ook niet echt toch? Er is sprake van interactie met fotonengevoelige stofjes in je netvlies, maar wat je daadwerkelijk merkt in je hersenen is het elektrische stroompje wat deze interactie beschrijft.

Die interactie is er overigens ook als je in bundeltje komische straling kijkt, terwijl het daarbij volgens jouw definitie om onzichtbare straling gaat ;)(http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_ray_visual_phenomena)

[kolderindekop]

er is fundamenteel gezien uberhaupt geen sprake van "kunnen zien" bij atomen


Nog niet wie weet wat de toekomst brengt

[Anoniem: 44174]

Ook een natuurkundeleraar zou moeten weten dat daar altijd de toevoeging "met de huidige stand van de techniek" bij moet.Iets wat nu onmogelijk is, betekent niet automatisch dat het altijd onmogelijk blijft.

(met huidige stand van techniek bedoel ik tegelijkertijd ook huidig kennis niveau)

[bwerg]

Een natuurkundeleraar weet dat er fysische beperkingen zijn die bepaalde techniek simpelweg onmogelijk maken, dus per natuurwet verbieden. Bijvoorbeeld atomen echt zien zoals we de rest van de wereld zien (met licht) is fysisch onmogelijk. Tegelijk de positie en snelheid van een deeltje exact meten is onmogelijk, etc. Met de huidige stand van de techniek, en ook met de techniek van over 1000 jaar.

[Reactie gewijzigd door bwerg op 23 juli 2024 08:31]

[Aham brahmasmi]

Tegelijk de positie en snelheid van een deeltje exact meten is onmogelijk, etc. Met de huidige stand van de techniek, en ook met de techniek van over 1000 jaar.

Dat geldt natuurlijk enkel onder voorbehoud dat de huidige kennis van natuurwetten over 1000 jaar nog steeds overeind staat en niet door fundamentelere kennis verworpen/aangevuld wordt. Als je bijv. invloed zou kunnen krijgen op de manier waarop natuurconstanten zoals c bepaald worden dan wordt het een heel ander plaatje. IMO kun je nooit met 100% zekerheid stellen dat dat nooit zal kunnen (tenzij je alwetend bent......).

[Aham brahmasmi]

Nooit een traditionele optische microscoop, nee. Dus individuele atomen "zien" met licht zal nooit kunnen.
Met deze microscoop kun je helaas nog steeds niet echt een atoom zelf bekijken, d.w.z. de structuur/vorm zien. Je kunt enkel de positie zien (zoals Rrob hierboven beschrijft).

[Mitsuko]

Nooit een traditionele optische microscoop, nee. Dus individuele atomen "zien" met licht zal nooit kunnen.

Toch is ook dit mogelijk: Near-field scanning optical microscope

[Pep7777]

Het lijkt me toch meer dat we hier toch vooral een verdeling van lading zien. Maar je kan evengoed toch zien waar alles dichter op elkaar gepakt zit, erg gaaf!

[Aham brahmasmi]

Het lijkt me toch meer dat we hier toch vooral een verdeling van lading zien.

Laten verbindingen tussen atomen daar nou net op gebaseerd zijn.

[sypie]

Dit is een enorme stap vooruit voor leerlingen in het voortgezet onderwijs. Nu kun je tenminste laten zien wat moleculen zijn zonder dat het vaag blijft omdat het een wereld op zichzelf is.

Tof dat men dit nu kan, net als heel krachtige of korte laserpulsen. "We" komen steeds verder bij het Higgs-Boson deeltje.

[bwerg]

Atomen visualiseren kon al eerder met bijvoorbeeld STM. Dus die plaatjes waren er al. Alleen waren moleculen zoals in dit plaatje te zien (naar mijn weten) nog niet met STM mogelijk, dus er zijn wat meer mogelijkheden bijgekomen.

[R3P4]

voor de hand liggend dat de temperatuur zo laag mogelijk moet zijn, om de trilling van de molecuul tot bijna nul te reduceren.
Vraag me af of je dan nog makkelijk de eigenschappen van de molecuul kan achterhalen, als je niet van te voren weet waar je naar kijkt?

[HallonRubus]

Er zijn zeer waarschijnlijk al op theorie gebaseerde tekening of renders gemaakt, dit is een bevestiging van wat ze al (denken) te weten.

[Anoniem: 414038]

Werelds kleinste platenspeler maken :-p

[Snoop]

AFM bestaat al heel lang hoor. Niks nieuws aan.