حصل ثلاثة من العلماء على جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2025 لتطويرهم “الأطر المعدنية العضوية”، وهو شكل من أشكال الهندسة الجزيئية التي تحزم كميات هائلة من الفضاء في هياكل صغيرة – والتي شبهتها اللجنة بحقيبة يد هيرميون جرانجر في روايات هاري بوتر.
أعلنت لجنة نوبل يوم الأربعاء في حفل أقيم في ستوكهولم بالسويد أن سوسومو كيتاجاوا وريتشارد روبسون وعمر ياغي سيتقاسمون الجائزة لاكتشافاتهم الرائدة التي يمكن أن تساعد في معالجة بعض مشاكل الكوكب الأكثر إلحاحًا، مثل تغير المناخ.
وقال هاينر لينكه، رئيس لجنة الكيمياء، إن اكتشافات الفائزين وأفكارهم أدت إلى مواد جديدة تمامًا يمكنها “تخزين كميات هائلة من الغاز في حجم صغير”.
قارن لينك المواد بحقيبة يد هيرميون، التي تبدو صغيرة من الخارج ولكنها أكبر بكثير من الداخل. وفي تشبيه آخر، قال إن المواد تعمل “مثل غرف الفندق”، حيث يمكن لمجموعات ضخمة من الجزيئات الدخول والخروج كما لو كانوا ضيوفًا.
وأشادت اللجنة بالفائزين على ابتكارهم هياكل معدنية عضوية، والتي “يمكن استخدامها لحصد المياه من هواء الصحراء، أو التقاط ثاني أكسيد الكربون، أو تخزين الغازات السامة، أو تحفيز التفاعلات الكيميائية”.
ياغي، أستاذ الكيمياء في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، والمولود في الأردن، كان يسافر عبر الرحلات الجوية عندما تلقى اتصالاً يخبره بأنه حائز على جائزة نوبل. وقال إنه “مندهش وسعيد ومندهش” لفوزه بالجائزة.
وقال ياغي للجنة نوبل: “كان والداي بالكاد يستطيعان القراءة أو الكتابة. لقد كانت رحلة رائعة، والعلم يسمح لكم بالقيام بذلك”. نشأ ياغي وإخوته في غرفة واحدة في عمان، الأردن، بدون كهرباء أو مياه جارية. وقالت اللجنة إن المدرسة كانت ملجأ له من حياته المليئة بالتحديات.
“”فائدة عديمة الفائدة””
تم الإبلاغ عن أكثر من 100 ألف إطار معدني عضوي حتى الآن، وفقًا لكيم جيلفس، أستاذ الكيمياء في إمبريال كوليدج لندن.
وقال جيلفس: “تنبع جميع تطبيقات الأطر العضوية المعدنية من مساميتها – يمكن أن يكون لجرام واحد من مادة الأطر العضوية المعدنية نفس المساحة السطحية داخل مسامها مثل ملعب كرة القدم”.
وقد تم الإشادة بالفائزين لتطويرهم “نوعًا جديدًا من الهندسة الجزيئية”. – نيكلاس المهيد / التوعية بجائزة نوبل
جاءت بداية هذه المواد الجديدة عندما كان روبسون، الأستاذ في جامعة ملبورن بأستراليا، يعلم الطلاب في عام 1974 عن الهياكل الجزيئية عن طريق تحويل الكرات الخشبية إلى نماذج من الذرات.
عندما قرر روبسون مكان حفر الثقوب في الكرات الخشبية، أدرك أن كمية هائلة من المعلومات الكيميائية تعتمد على موضع الثقوب. وتساءل عما سيحدث إذا ربط أنواعًا مختلفة من الجزيئات معًا بدلاً من الذرات الفردية، وما إذا كان هذا يمكن أن يخلق أنواعًا جديدة من المواد.
على الرغم من أن روبسون استغرق أكثر من عقد من الزمن لوضع نظريته على المحك، إلا أن تجاربه في الثمانينات أثبتت أن حدسه كان صحيحا. وباستخدام النحاس، أظهر روبسون أن الجزيئات نظمت نفسها في بنية جزيئية منتظمة، مثلما تتحد ذرات الكربون معًا لتشكل الماس.
ولكن على عكس الماس، حيث البنية الجزيئية مضغوطة للغاية، تحتوي مادة روبسون على عدد كبير من التجاويف الكبيرة، مما يشير إلى أن هذا قد يؤدي إلى إنشاء مواد جديدة.
واعتمد كيتاجاوا، الأستاذ بجامعة كيوتو في اليابان، على النتائج التي توصل إليها روبسون. في البداية، لم يكن كيتاجاوا مقتنعًا بالاستخدامات العملية لهذه المواد، لكن اللجنة قالت إن مهنة الكيميائي كانت مدفوعة بالعثور على “فائدة ما لا فائدة منه”. بدأ كيتاجاوا في البحث في إمكانية إنشاء هياكل جزيئية مسامية، وقدم أول مشروع له في عام 1992. وحتى في ذلك الوقت، لم يكن ممولو الأبحاث منبهرين للغاية.
لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1997 عندما حقق كيتاجاوا أول إنجاز كبير له، حيث قام بتطوير جزيء جديد يمكنه امتصاص وإطلاق غاز الميثان والنيتروجين والأكسجين.
وفي الوقت نفسه، في جامعة ولاية أريزونا، استخدم ياغي – الذي انتقل إلى الولايات المتحدة من الأردن في سن الخامسة عشرة – أبحاث كيتاجاوا وروبسون لتطوير إطار معدني عضوي جديد تمامًا، MOF-5، والذي قالت اللجنة إنه “أصبح كلاسيكيًا” في مجال الكيمياء. وحتى عندما يكون هذا الهيكل فارغًا، يمكن تسخينه إلى 570 درجة فهرنهايت (300 درجة مئوية) دون أن ينهار.
امتصاص الماء من الهواء الصحراوي
إن القدرة على تعبئة عدد كبير من التجاويف في مثل هذه المساحة الصغيرة سمحت لمجموعة ياغي البحثية بامتصاص الماء من هواء صحراء أريزونا.
وقالت اللجنة: “خلال الليل، التقطت مادة الهياكل المعدنية العضوية بخار الماء من الهواء. وعندما طلع الفجر وقامت الشمس بتسخين المادة، تمكنوا من جمع الماء”.
تمتلك أبحاث الفائزين مجموعة واسعة من الاستخدامات في العالم الحقيقي، ويمكن أن توفر وسيلة لمكافحة تغير المناخ عن طريق احتجاز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. وتشمل الاستخدامات الأخرى إزالة “المواد الكيميائية إلى الأبد” من الماء وتفكيك آثار المستحضرات الصيدلانية في البيئة.
وقالت سارة سنوجيروب، أستاذة الكيمياء الفيزيائية بجامعة لوند في السويد: “يمكنك من حيث المبدأ امتصاص ثاني أكسيد الكربون، ثم بدلاً من إطلاقه في الغلاف الجوي، يمكنك جمعه في جهاز”. “هذا أمل قوي… ولكن بعد ذلك، بالطبع، ستحتاج إلى استخدامه على نطاق واسع حقًا.”
في العام الماضي، مُنحت الجائزة لثلاثة من العلماء الذين استخدموا الذكاء الاصطناعي “لفك” شفرة جميع البروتينات المعروفة تقريبًا، أو “الأدوات الكيميائية للحياة”. وكان من بينهم ديميس هاسابيس، الرئيس التنفيذي لشركة جوجل ديب مايند في لندن، والذي ساعد عمله في تطوير نموذج الذكاء الاصطناعي للتنبؤ بالهياكل المعقدة للبروتينات ــ وهي المشكلة التي ظلت دون حل لمدة خمسين عاما.
وفي عام 2023، تقاسم الجائزة ثلاثة باحثين عملوا على اكتشاف وتطوير النقاط الكمومية المستخدمة في مصابيح LED وشاشات التلفزيون، وكذلك من قبل الجراحين عند إزالة الأنسجة السرطانية.
وتبلغ قيمة الجائزة 11 مليون كرونة سويدية (مليون دولار).
قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com