Gaur atal berri bat estreinatzen dugu. Izenburua: "Zergatik?" Atal honetan egunerokotasunean gertatzen diren hainbat fenomeno azalduko ditugu, kimika kuantikoaren ikuspuntutik. Esan beharra dago kimika kuantikoa ez dela deus kimika esperimentalik gabe, eta kimika esperimentalan behatutako hainbat fenomeno ezin direla azaldu kimika kuantikoa erabili gabe. Hortaz, gaur horrelako adibide bat ikusiko dugu. Bai, inoiz baino egokiagoa da "ikusi" aditza oraingoan. Alegia, zergatik ikusten dugun azalduko baitugu.
Goazen orain gure begi kuantikoa aktibatzera. Gure begietara argia heltzen zaigunean, fotoiak heltzen ari dira, uhin/partikula dualtasuna duten elementuak (ikusi Argiaren natura). Argia korneatik sartzen da, eta bertan dauden lenteak (kristalinoa) argi hau errefraktatzen du, hau da, argiaren norantza aldatzen da. Argiak uhin izaera izateak ahalbideratzen du errefrakzio fenomenoa gertatzea. Argi errefraktatua, orduan, erretinan bildu egiten da. Laburbilduz, argazki kamera batean gertatzen den antzeko prozesua gertatzen da gure begietan! Erretinan zer gertatzen den da guri sarrera honetan gehien interesatzen zaiguna. Begiari buruz informazio gehiago jakiteko, ikusi hemen.
Erretinako zeluletan argia harrapatzeko molekula bat dugu, erretinala. Molekula hau, opsin izeneko proteina desberdinen barruan dago, beraiei atxikituta (ikusi beheko ezkerreko irudia, erdikaldean gorriz irudikatutako molekula). Erretinala-opsin konplexua egonkorra izateko, hau da, elkarrekin mantentzeko, erretinalak 11-cis-erretinala forman egon behar du (A forma beheko eskuineko irudian). Argia erretinara heltzen denean, molekula honek absorbatu eta bere forma aldatzen du, 11-cis-erretinaletik all-trans-erretinalera (B forma eskuineko irudian). Eta forma hau opsin proteinen barruan jada ez da kabitzen! Hortaz, konplexu hori ez da egonkorra, eta all-trans-erretinala opsinetatik ateratzen da, ikusmenaren prozesua jarraituz. Opsin mota desberdinak daude, eta honen arabera, absorbatutako fotoiaren energia desberdina izango da. Horregatik, kolore desberdinak desberdindu ditzakegu.
Argiaren absortzio fenomeno hau azaltzen duen teoria bakarra kuantika da (ikusi "Kuantikoa" hitzaren jatorria). Molekula honetan, atomoetan bezala, elektroiek energia konkretuko egoerak izan ditzakete bakarrik (orbitalak deitzen diegu egoera hauei). Fotoiak heltzen direnean, elektroiek absorbatzen dituzte, bere energia harrapatuz, eta posible den beste egoera batera (beste orbital batera) pasatzen dira. Baina edozein fotoi ezin dituzte harrapatu, bakarrik energia egokia duten fotoiak harrapatu ditzakete. Eta fotoi hauek bi orbitalen arteko energia diferentzia exaktoa duten fotoiak dira. Normalean, trantsizio hau beteta dagoen azken orbitaletik (HOMO deitzen diogu, inglesetik) hutsik dagoen lehen orbitalera gertatzen da (LUMO).
Ikus dezagun orain 11-cis-erretinalaren forma. Bertan, ikus daitekeen ezaugarria zera da, lotura bikoitz konjokatuak dituen sistema bat dela (lotura kimikoa eta bere arrazionalizazioa aurrerago joango gara ikusten blogean). Beno, zer gertatzen da lotura bikoitzetan? Aukeratuko dugu C-C lotura bikoitz bakarra duen molekula, etilenoa. Bertan, okupatutako azken orbitala (HOMO-a) behean ezkerrean dagoen orbitala da, eta hutsik dagoen lehen orbitala (LUMO-a) eskuinean dagoen orbitala da.
HOMO LUMO
Bi orbital hauen artean dagoen energia diferentzia, ultramorean dagoen fotoi bati dagokio. Hortaz, etilenoak ez digu ikusteko balio! Lotura bikoitz konjokatuak dituzten molekuletan, lotura bikoitz kopurua handitu ahala, HOMO eta LUMO-aren arteko energia diferentzia txikituz doa. 11-cis-erretinalaren kasuan, horrelako sei lotura konjokatu ditugu, eta HOMO eta LUMO-ari dagokion energia diferentzia argi ikuskorrean dagoen fotoi bati dagokio! 11-cis-erretinal molekulak opsinen barruan daudenez, hor gertatzen diren elkarrekintzek HOMO-LUMO energia diferentzia zerbait aldatzen dute. Opsin proteina mota bakarra balego, energia berdintsueneko fotoiak ikusiko genituzke bakarrik, kolore gutxiago alegia. Baina mota asko daudenez, ortzadarreko kolore guztiak ikusteko gai gara.
Laburbilduz, kimika kuantikoak ikusmenaren fenomenoa, eta orohar edozein fenomeno kimiko arrazionalizatzeko tresnak ematen dizkigu. Gaur egungo Kimika orbitalen kontzepturik gabe ezin da imajinatu, eta kontzeptu hau kimika kuantikoak egindako kontribuzioetako bat da. Hortaz, ez da harritzekoa gaur egun kimikari esperimentalen eta kuantikoen artean dagoen kolaborazioa gero eta handiagoa izatea.
iruzkinik ez:
Argitaratu iruzkina