科学家们首次完成了一项过去被认为不可能壮举——他们测量了化学反应发生时，存在时间很短的过渡期原子所含的能量。
这项研究有助于人们理解用其它方法无法分析的化学反应原理。
无论是生命、死亡或是其它一切事物，都包含了化学反应——从一种分子转化为到另一种的分子，即从反应物到产物。化学反应发生时，存在于原子之间化学键断裂和形成时，称为“过渡态”的原子排列方式存在时间很短暂，也很不稳定。
“反应物和产物就像在山脉两侧稳定的峡谷，而过渡态就是山上的山路，”美国科罗拉多大学博尔德分校的物理化学家、研究的第一作者Joshua Baraban说：“因为它只于物质改变时存在，所以人们是很难直接研究它的。”
终于，科学家们首次测量到了达到过渡态所需的能量。
“若你去问化学博士这个问题，他们都会认为这是不可能做到的。”Baraban对Live Science的记者说，“有的教科书上也写着这是不可能做到的。”
研究者们研究了一种称为异构的化学反应，即分子的结构发生了变化。他们特别关注了由2个碳原子和2个氢原子组成的乙炔分子。
当乙炔吸收能量时，就会有2种同分异构体，人们可以想象它的球棍模型：两个碳原子之间存在碳碳叁键，构成分子的核心部分，每个碳原子都与一个氢原子连接。
一种异构体是锯齿形的，其中一个氢原子在碳碳键的一边，而另一个在碳碳键的另一边。一种异构体是“U”形的，碳碳键的同侧有两个氢原子。
吸收少量能量后，锯齿型的乙炔可以成为U型，研究人员说。在反应中，当一个氢原子没有到达碳碳键的另一侧，而是与碳碳键几乎在同一直线上时，就达到了过渡态。
研究者们将更多能量给予乙炔时，并用激光来监测乙炔振动模式的变化。当达到特定的能量水平时，乙炔振动模式和接近过渡态时差不多。
这种分子构造的变化也是人眼工作的一个重要步骤。“当光线进入眼睛后，就会引发像乙炔异构反应一样的变化，从而产生连锁反应，将看到的景象传导给大脑。”Baraban说。
科学家们还展示了用这项技术准确地预测氰化氢和异氰化氢反应中，过渡态分子的结构和能量。在氰化氢中，氢原子与一个碳原子连接，碳原子同时又和另一个氮原子连接。在异氰化氢中，氢原子与氮原子连接，氮原子和一个碳原子连接。在过渡态中，氢原子、碳原子、氮原子的连接方式则像一个三角形，互相之间都有化学键作用。
今后，研究人员能够分析更加复杂的反应，如两种分子化和成一种分子或是一个分子分解成两个。
（译言网 译者： FreemanZ 原作者：Charles Q. Choi）