جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2025
مُنِحت جائزة نوبل في الكيمياء لهذا العام لإنجازٍ علميٍّ بارزٍ في مجال البنية الجزيئية، إذ كُرِّمَ كلٌّ من سوسومو كيتاغاوا وريتشارد روبسون وعمر ياغي تقديرًا لإسهامهم في تطوير الأطر المعدنية العضوية، وهي موادٌّ مسامية تمتاز بقدرتها على احتجاز الماء أو الملوِّثات.
.jpg)
credit: Ill. Niklas Elmehed. © Nobel Prize Outreach
وقد أُعلن رسميًا أنّ سوسومو كيتاغاوا وريتشارد روبسون وعمر ياغي هم الفائزون بجائزة نوبل في الكيمياء لعام 2025، نظرًا لابتكارهم موادَّ ذات تجاويف دقيقة يمكنها تخزين الغازات وإطلاقها، مثل غاز ثاني أكسيد الكربون، وهي المواد المعروفة باسم الأطر المعدنية العضوية (MOFs).
وقال هاينر لينكه، رئيس لجنة نوبل للكيمياء، في بيانه:
"إن كميةً صغيرةً من هذه المواد تشبه حقيبةَ يدِ هيرميون في فيلم هاري بوتر؛ فهي قادرة على احتواء كمياتٍ هائلةٍ من الغازات في حجمٍ متناهٍ في الصِّغَر."
حتى الآن، تمكّن العلماء من ابتكار عشرات الآلاف من الأطر المعدنية العضوية المختلفة، وقد أظهرت هذه المواد آفاقًا واسعة للتطبيقات، بدءًا من احتجاز غاز ثاني أكسيد الكربون المنبعث من المداخن، مرورًا بتنقية المواد الكيميائية الضارة، وانتهاءً باستخلاص الماء من الهواء.
وفي أواخر ثمانينيات القرن العشرين، استلهم ريتشارد روبسون من جامعة ملبورن الأسترالية فكرة إنشاء الأطر المعدنية العضوية من البنية البلورية المنظَّمة لحجر الألماس. وقد أدرك روبسون إمكان استخدام أيونات المعادن بوصفها عُقَدًا ترتبط بجزيئات عضوية تُكوِّن شبكةً فراغيةً متناسقة.
وعند امتزاج أيونات المعادن بالجزيئات العضوية، فإنها تتجمّع تلقائيًّا لتشكّل أُطرًا منظَّمة. وفي حين تكون التجاويف داخل البنية البلورية للألماس صغيرةً للغاية، فإن التجاويف في الأطر المعدنية العضوية يمكن أن تكون أوسع بكثير.
كانت التجاويف في الأطر التي أنشأها روبسون مملوءةً بالماء، غير أنّ سوسومو كيتاغاوا من جامعة كيوتو اليابانية كان أول من ابتكر إطارًا مستقرًّا كفايةً لتجفيفه، وتمكّن بعد ذلك من ملء التجاويف الفارغة بالغازات.
وقال أولوف رامستروم، عضو لجنة نوبل للكيمياء:
"لقد أظهر أن الغازات يمكن امتصاصها داخل المادة وإطلاقها منها عند الحاجة."
كما طوّر كيتاغاوا أنواعًا من الأطر المعدنية العضوية تتغيّر أشكالها عند إضافة الغازات أو إزالتها، مما أتاح التحكم في بنيتها الداخلية.
أما العالِم عمر ياغي من جامعة كاليفورنيا – بيركلي، فقد تمكّن من ابتكار أطرٍ أكثر استقرارًا عبر استخدام مجموعات من أيونات الزنك والأكسجين، وربطها بجزيئات تحتوي على مجموعات كربوكسيلية.
وأشار رامستروم قائلًا:
"إن هذا الإطار مدهش في خصائصه؛ إذ يتميّز بثباتٍ حراريٍّ كبير، فقد ظلّ مستقرًّا حتى عند درجة حرارة 300 درجة مئوية. والأروع من ذلك هو امتلاكه مساحةَ سطحٍ هائلة؛ فبضع غراماتٍ من هذه المادة المسامية — أي ما يعادل مكعبَ سكرٍ صغير — تمتلك مساحة سطحٍ تعادل ملعبَ كرة قدمٍ كامل، تبلغ آلاف الأمتار المربعة."
وأوضح ياغي كذلك أنّ من الممكن توسيع حجم التجاويف داخل هذه المواد بزيادة طول الروابط الكيميائية. وبعد هذه الإنجازات الجوهرية، شهد هذا المجال تطورًا متسارعًا، حتى صار — كما يقول رامستروم —
"يُنتَج نوعٌ جديد من الأطر المعدنية العضوية كلَّ يومٍ تقريبًا."