„Supramolekulska kemija“ bila je neobična, gotovo čarobna riječ moje mladosti. Nova se znanstvena disciplina pomaljala, a nitko nije pravo znao što se iza nje krije. Fizičari vole govoriti da kemija nije ništa drugo nego molekulska fizika, dakle znanost koja se bavi fizičkim svojstvima molekula i svime što iz toga proizlazi (u čemu se ja kao kemičar ne bih složio), pa je stoga izraz „molekulska kemija“ pleonazam – jer se upravo po atomskoj i molekulskoj teoriji kemija razlikuje od alkemije. No što znači izraz „supramolekulska kemija“? U Divkovićevom Latinsko-hrvatskom rječniku čitamo da riječ supra znači gore, preko toga, više, više nego, s one strane – i još mnogo toga više, jer je riječ supra riječ vrlo širokog značenja. Supramolekulska bi kemija stoga bila kemija „s onu stranu molekule“, nešto kao kemijska metafizika.

Ništa od toga. Iza velikih riječi često se kriju jednostavni pojmovi. Kemija se bavi jednom molekulom, a supramolekulska kemija skupovima više molekula, molekulskim suprastrukturama ili agregatima. Molekule se udružuju i onda udružene zajedno djeluju. To u biti nije ništa novo jer se na molekulskim suprastrukturama temelji biologija, ili određenije molekulska biologija. Molekula se enzima na staničnoj membrani udružuje s molekulama drugih enzima da bi zajedno stvorile „molekulski stroj“. Jedan od takvih, vrlo jednostavnih strojeva je i „molekula“ hemoglobina. Namjerno sam riječ molekula napisao u navodnicima jer se „molekula hemoglobina“ zapravo sastoji od četiri molekule, dvije alfa-jedinice i dvije beta-jedinice (α₂β₂). Te se jedinice drže slabim, van der Waalsovim (vdW) vezama ili, bolje rečeno, interakcijama.

Upravo je o takvim vezama riječ u radu kineskih znanstvenika „Van der Waals supramolecular transistors“ što je osvanuo u časopisu Cell Reports Physical Sciences. No iza tih teških riječi krije se ne odviše komplicirana kemija i fizika.

Sve počinje od jednog jednostavnog kompleksnog spoja, niklovog bis(tioditiolena), NBTE. U njemu su četiri atoma sumpora vezana za atom nikla. Treba uočiti da molekula ima izmjenične (konjugirane) jednostruke i dvostruke veze, a takve molekule – da ne ulazim u mehanizme kvantne kemije – lako provode struju. Kada se molekula nađe između dvije elektrode, točnije između dva atoma zlata na njima, može se pri naponu od 0,2 V registrirati protok struje od 0,81 nA. To je vrlo malo (8,1 × 10^-10 A), no uzmemo li da se je riječ o električnom vodiču kojeg možemo aproksimirati kockom sa stranicama od jednog nanometra, možemo izračunati njegov specifični električni otpor. On iznosi 25 Ω cm.

No sada s fizike prelazimo na kemiju (ako se to dvoje može jasno razlikovati). Molekule NBTE se ne nalaze dakako u zraku nego u nevodenoj otopni koja se sastoji poglavito od tetrabutilamonij bromida (Bu₄NBr) otopljenog u trietilaminu (Et₃N). Narine li se negativni napon, molekule NBTE će se reducirati u molekulske ione NBTE^-. Ti bi se ioni međusobno odbijali (jer nose isti, negativni naboj) da u otopini nema iona Bu₄N⁺ koji se za njih vežu i tako im neutralizira naboj. Posljedica toga je preraspodjela naboja u molekuli, pa se ioni NBTE^- drže slabim van der Waalsovim silama, svaki za svoju elektrodu. Između molekula se stvara nevodljivi sloj koji 700 puta smanjuje električnu vodljivost. To se lijepo vidi na priloženoj slici: pri naponu 0,2 V postiže se najveća vodljivost (jer se sve molekule nalaze u stanju NBTE), no pri naponu od -0,2 V vodljivost pada na minimum (jer se sve molekule nalaze u stanju NBTE^-/NBTE^-).

Na kraju ostaje nejasno kako to da se dvije, pa i samo jedna molekula NBTE nađe upravo između dva atoma zlata. Razlog tome je što se zlato i sumpor vole jako, drugim riječima zlato lako adsorbira sumporne spojeve. Upravo je to omogućilo da se napravi opisani supramolekulski sustav, tranzistor od jednog nanomera, s masom od samo 2,6 × 10^-21 grama.  

Djeluje fantastično, no samo u kemijskom laboratoriju. Do primjene u (elektro)tehnici još je jako daleko. Toga su jamačno svjesni i autori spomenutog rada koji u posljednjoj rečenici jasno i pošteno poručuju: „Ova studija daje vrijedan uvid kako naboji u međumolekulskim vdW inerakcijama utječu na prijenos naboja u molekulskim električnim spojevima, krčeći put prema razvoju vdW supramolekulskih uređaja“.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima  su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.