ในปี พ.ศ. 2439 นักเคมีชาวเยอรมัน เอมิล ฟิชเชอร์ สังเกตเห็นบางสิ่งที่แปลกมากเกี่ยวกับโมเลกุลชื่ออะซีตัลดีไฮด์ ฟีนิลไฮดราโซน กลุ่มที่เหมือนกันของสารประกอบผลึกดูเหมือนจะมีจุดหลอมเหลวที่แตกต่างกันอย่างมาก
เขาพบว่าบางส่วนผสมละลายที่อุณหภูมิประมาณ 65 องศาเซลเซียส (149 องศาฟาเรนไฮต์) อื่นๆ ที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส
มันเป็นคำที่แปลกประหลาดอย่างยิ่ง ไม่มีสารอื่นใดที่ทราบว่ามีพฤติกรรมเช่นนี้ ไม่ควรเช่นกัน ตามกฎหมายของที่อธิบายพฤติกรรมของโลกกายภาพ ผลเช่นนั้นคงเป็นไปไม่ได้
นักวิทยาศาสตร์ก็นิ่งงัน พวกเขารีบเร่งเพื่อดูถ้าฟิชเชอร์ได้ทำกความผิดพลาด- ลองนึกภาพความตกตะลึงของพวกเขาเมื่อพวกเขาสามารถจำลองข้อสังเกตของเขาได้
กว่า 120 ปีหลังจากการค้นพบครั้งแรกของ Fischer ในปี 2019 ทีมนักวิจัยนานาชาติที่นำโดยนักเคมี Terry Threfall จากมหาวิทยาลัย Southampton ในสหราชอาณาจักร ได้พบและเผยแพร่คำตอบในที่สุด ฟิสเชอร์ (ซึ่งไปต่อได้รับรางวัลโนเบลจากผลงานอื่นๆ ในปี 1902เห็นได้ชัดว่าเขาไม่ใช่คนต้มตุ๋น) ได้สังเกตเห็นบางสิ่งจริง แต่กลับไม่ใช่สิ่งใดก็ตามที่จะทำลายอุณหพลศาสตร์
ผู้กระทำผิด? การปนเปื้อนที่มีขนาดเล็กมาก น้อยมากจนตรวจไม่พบ เมื่ออะซีตัลดีไฮด์ฟีนิลไฮดราโซนละลาย มันจะกลายเป็นของเหลวหนึ่งในสองชนิด ขึ้นอยู่กับว่าสารประกอบสัมผัสกับเบสหรือกรด อย่างแรกจะปรากฏที่จุดหลอมเหลวที่สูงกว่า และอันหลังอยู่ด้านล่าง
“เป็นเรื่องน่ายินดีเป็นอย่างยิ่งที่สามารถเข้าใจปริศนาโบราณดังกล่าวได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปริศนาที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ผู้มีชื่อเสียงผู้ได้รับรางวัลโนเบลต้องงงงัน”เธรลฟอลล์กล่าว-
“การสังเกตพฤติกรรมดังกล่าวจะพบได้น้อยมากเนื่องจากขึ้นอยู่กับโมเลกุลในผลึกและในของเหลวที่มีรูปทรงต่างกันซึ่งผิดปกติ นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับการแปลงสภาพด้วยกรดด้วยทั้งเป็นไปได้และรวดเร็ว”
สารประกอบนี้ทำโดยการละลายของแข็งอะซีตัลดีไฮด์และเติมทั้งของเหลวฟีนิลไฮดราซีนและเอทานอลที่เป็นน้ำ และแช่เย็นจนส่วนผสมแข็งตัวและกลายเป็นผลึกแข็ง หากต้องการค้นหาจุดหลอมเหลวของอะซีตัลดีไฮด์ ฟีนิลไฮดราโซนที่เกิดขึ้นใหม่ คุณจะต้องละลายใหม่อีกครั้ง
นี่คือจุดที่ปัญหาเกิดขึ้น เพื่อทำความเข้าใจว่าเหตุใด acetaldehyde phenylhydrazone จึงละลายที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันสองระดับ นักวิจัยจึงได้ตรวจสอบรูปแบบของแข็งของมันก่อน แต่หัววัดที่ล้ำสมัยที่สุดกลับไม่สามารถให้คำตอบได้
การวิเคราะห์ทั้งหมดที่ดำเนินการโดยทีมงานของ Threlfall และความพยายามอื่นๆ เมื่อเร็ว ๆ นี้ ไม่พบความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างตัวอย่างอะซีตัลดีไฮด์ ฟีนิลไฮดราโซนที่ละลายที่อุณหภูมิต่ำกว่า กับตัวอย่างที่ละลายที่อุณหภูมิสูงกว่า เทคนิคเหล่านี้รวมถึงการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ การสั่นพ้องของสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์ และสเปกโทรสโกปี IR เท่าที่นักวิทยาศาสตร์บอกได้ คริสตัลก็เหมือนกัน
ขั้นตอนต่อไปคือการตรวจสอบของเหลวที่ผลึกเกิดขึ้นหลังจากการหลอมละลาย
และที่นั่นนักวิจัยก็ได้รับผลลัพธ์ มีความแตกต่างที่ละเอียดอ่อนและชั่วคราวแต่ชัดเจน แม้ว่าสารประกอบจะมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แต่โครงสร้างของการหลอมเริ่มต้นจะแตกต่างกันเล็กน้อย ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
สารประกอบนี้ประกอบด้วยหมู่เมทิลที่สามารถมีรูปแบบที่แตกต่างกันได้ 2 รูปแบบ เรียกว่า Z isomer และ E isomer
ในสถานะของแข็ง วัสดุจะประกอบด้วยไอโซเมอร์ Z เกือบทั้งหมด
เฟสของเหลวที่เสถียรที่สุดคือการผสมระหว่างไอโซเมอร์ Z ประมาณหนึ่งในสามกับไอโซเมอร์ E สองในสาม จุดหลอมเหลวด้านล่างของจุดหลอมเหลวทั้งสองจะสร้างส่วนผสม Z และ E ทันที ในขณะที่จุดหลอมเหลวที่สูงกว่าคือ Z ทั้งหมดก่อนที่จะเปลี่ยนเป็นส่วน E
มีเบาะแสถูกส่งเข้ามากระดาษปี 1905ซึ่งชี้ให้เห็นว่าอะซีตัลดีไฮด์ ฟีนิลไฮดราโซนมีความไวต่อกรดอย่างมาก Threlfall และทีมงานของเขาพยายามให้ตัวอย่างสัมผัสกับไอกรดและแอมโมเนีย และพวกเขาพบว่าการสัมผัสกับสิ่งใดสิ่งหนึ่งเพียงเล็กน้อยอาจส่งผลต่อจุดหลอมเหลวของสารประกอบได้อย่างน่าเชื่อถือ กรดทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อเร่งการเปลี่ยนจากไอโซเมอร์ Z เป็น E ช่วยลดจุดหลอมเหลวในกระบวนการ
“หากธาตุหรือสารประกอบสามารถดำรงอยู่ในรูปแบบผลึกที่แตกต่างกันตั้งแต่สองรูปแบบขึ้นไป แต่ละรูปแบบจะมีพลังงานกิ๊บส์ที่แตกต่างกันและหลอมละลายที่อุณหภูมิที่แตกต่างกันของมันเอง”นักเคมี ไซมอน โคลส์ กล่าวของมหาวิทยาลัยเซาแธมป์ตัน
"ในกรณีนี้ โมเลกุลของคริสตัลอยู่ในเรขาคณิตซิส เป็นกลุ่มที่ชี้เข้าหากัน และละลายเป็นรูปทรงเดียวกันโดยไม่มีกรดที่อุณหภูมิ 100 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตาม เมื่อมีกรดอยู่เล็กน้อย โมเลกุลจะเปลี่ยนเมื่อหลอมละลายเป็นเรขาคณิตทรานส์ของกลุ่มที่ชี้ออกจากกัน ของเหลวนี้มีพลังงานกิ๊บส์น้อยกว่าและมีเสถียรภาพมากกว่า ดังนั้นจุดหลอมเหลวจึงกลายเป็น 65 องศาเซลเซียส"
คล้ายกับผลกระทบที่เกลือมีต่อน้ำ การเติมเกลือลงในหม้อน้ำจะทำให้จุดเยือกแข็งและจุดเดือดเพิ่มขึ้น ในกรณีที่ต้องใช้เกลือจำนวนมากเพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญต่อการเปลี่ยนสถานะของน้ำ ก็ต้องใช้กรดเพียงเล็กน้อยในการเปลี่ยนแปลงอะซีตัลดีไฮด์ ฟีนิลไฮดราโซน ซึ่งต้องใช้เวลานานกว่าหนึ่งศตวรรษ และ Threlfall และเพื่อนร่วมงานของเขาใช้เวลาถึงหนึ่งทศวรรษในการคิดหาคำตอบ
งานวิจัยชิ้นนี้เป็นเครื่องพิสูจน์ถึงความอยากรู้อยากเห็นและความดื้อรั้นของมนุษย์อย่างแท้จริง และมันทำให้เรามีความหวังสำหรับอนาคต จะมีปริศนาอีกกี่ข้อที่จะถูกไขออกในช่วงหลายปีข้างหน้าซึ่งขยายไปสู่อนาคตอันรุ่งโรจน์ของการค้นพบ?
งานวิจัยนี้ตีพิมพ์ในปี 2019 ในการเติบโตของคริสตัลและการออกแบบ-
