Benzén v 126 rozmeroch
Austrálski vedci nedávno opísali chemickú molekulu, ktorá už dlho priťahuje ich pozornosť. Predpokladá sa, že výsledok štúdie ovplyvní nové návrhy solárnych článkov, organických svetelných diód a ďalších technológií novej generácie, ktoré ukazujú použitie benzénu.
benzén organická chemická zlúčenina zo skupiny arénov. Je to najjednoduchší karbocyklický neutrálny aromatický uhľovodík. Je okrem iného zložkou DNA, bielkovín, dreva a ropy. Chemici sa o problém štruktúry benzénu zaujímali už od izolácie zlúčeniny. V roku 1865 nemecký chemik Friedrich August Kekule vyslovil hypotézu, že benzén je šesťčlenný cyklohexatrién, v ktorom sa medzi atómami uhlíka striedajú jednoduché a dvojité väzby.
Od 30. rokov XNUMX. storočia sa v chemických kruhoch vedú diskusie o štruktúre molekuly benzénu. Táto kontroverzia sa v posledných rokoch stala naliehavejšou, pretože benzén, tvorený šiestimi atómami uhlíka viazanými na šesť atómov vodíka, je najmenšou známou molekulou, ktorú možno použiť pri výrobe optoelektroniky, technologickej oblasti budúcnosti. .
Kontroverzia okolo štruktúry molekuly vzniká preto, že hoci má molekula málo atómových zložiek, existuje v stave, ktorý je matematicky opísaný nie tromi alebo dokonca štyrmi dimenziami (vrátane času), ako vieme z našej skúsenosti, ale až 126 veľkostí.
Odkiaľ pochádza toto číslo? Preto je každý zo 42 elektrónov, ktoré tvoria molekulu, opísaný trojrozmerne a ich vynásobením počtom častíc dostaneme presne 126. Nejde teda o skutočné, ale matematické merania. Meranie tohto zložitého a veľmi malého systému sa zatiaľ ukázalo ako nemožné, čo znamenalo, že presné správanie elektrónov v benzéne nebolo možné poznať. A to bol problém, pretože bez týchto informácií by nebolo možné úplne opísať stabilitu molekuly v technických aplikáciách.
Teraz sa však vedcom na čele s Timothym Schmidtom z ARC Center of Excellence in Exciton Science a University of New South Wales v Sydney podarilo záhadu rozlúštiť. Spolu s kolegami z UNSW a CSIRO Data61 aplikoval sofistikovanú metódu založenú na algoritme s názvom Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) na molekuly benzénu, aby zmapoval ich funkcie vlnovej dĺžky vo všetkých 126 veľkostí. Tento algoritmus vám umožňuje rozdeliť rozmerový priestor na „dlaždice“, z ktorých každá zodpovedá permutáciám polôh elektrónov. Výsledky tejto štúdie boli publikované v časopise Nature Communications.
Pre vedcov bolo mimoriadne zaujímavé pochopenie rotácie elektrónov. „To, čo sme našli, bolo veľmi prekvapujúce,“ poznamenáva profesor Schmidt v publikácii. „Spin-up elektróny v uhlíku sú dvojito viazané do trojrozmerných konfigurácií s nižšou energiou. V podstate to znižuje energiu molekuly, čím sa stáva stabilnejšou, pretože elektróny sú odtláčané a odpudzované." Stabilita molekuly je zase žiaducou charakteristikou v technických aplikáciách.
Pozri tiež:
