Benzen în 126 dimensiuni
Oamenii de știință australieni au descris recent o moleculă chimică care le-a atras de multă vreme atenția. Se crede că rezultatul studiului va influența noile modele de celule solare, diode organice emițătoare de lumină și alte tehnologii de generație următoare care arată utilizarea benzenului.
benzen compus chimic organic din grupa arenelor. Este cea mai simplă hidrocarbură aromatică neutră carbociclică. Este, printre altele, o componentă a ADN-ului, proteinelor, lemnului și uleiului. Chimiștii au fost interesați de problema structurii benzenului încă de la izolarea compusului. În 1865, chimistul german Friedrich August Kekule a emis ipoteza că benzenul este o ciclohexatrienă cu șase atomi în care legăturile simple și duble alternează între atomi de carbon.
Începând cu anii 30, a existat o dezbatere în cercurile chimice cu privire la structura moleculei de benzen. Această dezbatere a căpătat o urgență suplimentară în ultimii ani, deoarece benzenul, format din șase atomi de carbon legați la șase atomi de hidrogen, este cea mai mică moleculă cunoscută care poate fi folosită în producția de optoelectronică, o zonă tehnologică a viitorului. .
Controversa în jurul structurii unei molecule apare deoarece, deși are puține componente atomice, ea există într-o stare care este descrisă matematic nu prin trei sau chiar patru dimensiuni (inclusiv timp), așa cum știm din experiența noastră, ci până la 126 de dimensiuni.
De unde a venit acest număr? Prin urmare, fiecare dintre cei 42 de electroni care alcătuiesc molecula este descris în trei dimensiuni, iar înmulțirea lor cu numărul de particule dă exact 126. Deci acestea nu sunt măsurători reale, ci matematice. Măsurarea acestui sistem complex și foarte mic s-a dovedit până acum imposibilă, ceea ce a însemnat că comportamentul exact al electronilor din benzen nu a putut fi cunoscut. Și aceasta a fost o problemă, deoarece fără aceste informații nu ar fi posibil să se descrie pe deplin stabilitatea moleculei în aplicații tehnice.
Acum, însă, oamenii de știință conduși de Timothy Schmidt de la Centrul ARC de excelență în știința Exciton și de la Universitatea din New South Wales din Sydney au reușit să dezlege misterul. Împreună cu colegii de la UNSW și CSIRO Data61, el a aplicat o metodă sofisticată bazată pe algoritm, numită Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) moleculelor de benzen pentru a mapa funcțiile lungimii de undă ale acestora peste toate. 126 dimensiuni. Acest algoritm vă permite să împărțiți spațiul dimensional în „plăci”, fiecare dintre ele corespunde unor permutări ale pozițiilor electronilor. Rezultatele acestui studiu au fost publicate în revista Nature Communications.
Un interes deosebit pentru oamenii de știință a fost înțelegerea spinului electronilor. „Ceea ce am găsit a fost foarte surprinzător”, notează profesorul Schmidt în publicație. „Electronii spin-up din carbon sunt duble legați în configurații tridimensionale cu energie inferioară. În esență, scade energia moleculei, făcând-o mai stabilă datorită electronilor care sunt împinși și respinși.” Stabilitatea unei molecule, la rândul său, este o caracteristică de dorit în aplicațiile tehnice.
A se vedea, de asemenea:
