A kutatók az atomok felfedezése óta próbálják megérteni és megjeleníteni, mi tartja össze az anyagi világ építőköveit, és hogy hogyan és miért bomlanak fel a köztük lévő kötések, amikor felbomlanak. Ezek vizsgálata azonban óriási kihívást jelent, hiszen a kötések hossza mindössze 0,1–0,3 nanométer közötti, vagyis az emberi haj vastagságának félmilliomod része.

Bár az utóbbi években a fejlődő mikroszkópos technikáknak, az atomerő-mikroszkópoknak és a pásztázó alagútmikroszkópoknak köszönhetően lehetségessé vált a molekulák atomi pozícióinak vizsgálata és a kötéshosszok mérése, a kötések felbomlásának térben és időben való nyomon követése egészen újfajta kihívást jelent.

Egy brit és német kutatókból álló tudóscsoport azonban nemrégiben sikeresen teljesítette ezt a feladatot: Ute Kaiser, Andrei Khlobystov és társaik sikeresen készítettek filmfelvételt két réniumatom kötésének felbomlásáról. A kutatócsoport úttörőnek számít a transzmissziós elektronmikroszkópia molekuláris szintű folyamatok vizsgálatában való alkalmazásában. Módszerük lényege, hogy 1–2 nanométer átmérőjű, üreges szén nanocsöveket használnak „kémcsőként” a megörökíteni kívánt molekulák számára. Így az aprócska tesztalanyok pontosan oda pozicionálhatók, ahová a kutatók szeretnék.

Jelen esetben két egymással kötésben levő réniumatomot, vagyis egy dirénium molekulát ejtettek csapdába egy nanocsőben. Mivel a rénium magas rendszámmal rendelkezik, vagyis nagy méretű, könnyebben megjeleníthető, mint a könnyebb atomok. És a felvételeken is jól elkülönül: a nehéz fématomok sötét pöttyökként látszanak világosabb társaik között.

A vizsgálatok során sikerült lencsevégre kapniuk a kötés felbomlását, és azt is, hogy milyen diszkrét lépésekben változik meg a folyamat során a kötéshossz, miközben a dirénium a nanocső belsejében „sétál”. A kötéshossz kezdetben az aktuális környezet függvényében változott, de az atomok látványosan együtt mozogtak. Egy ponton aztán vibrációk jelentkeztek a molekulában, amelyek a szokásosnál jobban megnyújtották a kötést.

Amikor a kötéshossz meghaladta az atomok sugarának összegét, a kötés elpattant, és a vibráció megszűnt, az atomok pedig függetlenül kezdtek mozogni. A réniumok aztán egy kicsit később ismét egymásra találtak, és újra összeálltak diréniummá. A vizsgálatokból az is kiderült, hogy a réniumatomok között a molekula stabil állapotában négyes kötés jött létre, bár a rénium akár ötös kötés kialakítására is képes.

Khlobystov elmondta, hogy legjobb tudomásuk szerint ez az első atomi szintű kötéskialakulás és -felbomlás, amelyről filmet sikerült készíteni. A kutatók azonban azt remélik, hogy a mikroszkópok fejlődésével egy napon általános rutinná válhat a kémiai reakciók hasonló módon való vizsgálata.