Benzol 126 méretben
Ausztrál tudósok nemrégiben leírtak egy kémiai molekulát, amely régóta felkeltette a figyelmüket. Úgy gondolják, hogy a tanulmány eredménye hatással lesz a napelemek, szerves fénykibocsátó diódák és más, benzol használatát bemutató új generációs technológiákra.
benzol szerves kémiai vegyület az arének csoportjából. Ez a legegyszerűbb karbociklusos semleges aromás szénhidrogén. Többek között a DNS, a fehérjék, a fa és az olaj alkotóeleme. A vegyészeket a vegyület izolálása óta foglalkoztatja a benzol szerkezetének problémája. Friedrich August Kekule német kémikus 1865-ben feltételezte, hogy a benzol egy hattagú ciklohexatrién, amelyben egyszeres és kettős kötések váltakoznak a szénatomok között.
Az 30-as évek óta vita folyik kémiai körökben a benzolmolekula szerkezetéről. Ez a vita az elmúlt években egyre sürgetőbbé vált, mivel a hat szénatomból és hat hidrogénatomhoz kapcsolódó benzol a legkisebb ismert molekula, amely a jövő technológiai területe, az optoelektronika gyártásában használható. .
A molekula szerkezete körüli vita abból adódik, hogy bár kevés atomi komponensből áll, olyan állapotban létezik, amelyet matematikailag nem három vagy akár négy dimenzió (ideértve az időt is) ír le, ahogy azt tapasztalatainkból tudjuk, hanem 126 méretig.
Honnan jött ez a szám? Ezért a molekulát alkotó 42 elektron mindegyikét három dimenzióban írjuk le, és ezeket a részecskék számával megszorozva pontosan 126-ot kapunk. Ezek tehát nem valós, hanem matematikai mérések. Ennek az összetett és nagyon kicsi rendszernek a mérése eddig lehetetlennek bizonyult, ami azt jelentette, hogy a benzolban lévő elektronok pontos viselkedését nem lehetett tudni. Ez pedig probléma volt, mert ezen információk nélkül nem lehetne teljes mértékben leírni a molekula stabilitását műszaki alkalmazásokban.
Most azonban a Timothy Schmidt, az ARC Exciton-tudományi Kiválósági Központ és a Sydney-i Új-Dél-Wales Egyetem kutatóinak sikerült megfejteniük a rejtélyt. Az UNSW és a CSIRO Data61 munkatársaival együtt a Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) nevű kifinomult algoritmus-alapú módszert alkalmazta benzolmolekulákra, hogy feltérképezze a hullámhossz-függvényeiket. 126 méretben. Ez az algoritmus lehetővé teszi a dimenziós tér felosztását "csempékre", amelyek mindegyike megfelel az elektronok helyzetének permutációinak. A tanulmány eredményeit a Nature Communications folyóiratban tették közzé.
A tudósok számára különösen érdekes volt az elektronok spinjének megértése. „Amit találtunk, az nagyon meglepő volt” – jegyzi meg Schmidt professzor a kiadványban. „A szénben lévő felpörgő elektronok kettős kötéssel alacsonyabb energiájú háromdimenziós konfigurációkká alakulnak. Lényegében csökkenti a molekula energiáját, ami stabilabbá teszi az elektronok eltolása és taszítása miatt." A molekulák stabilitása viszont kívánatos jellemző a műszaki alkalmazásokban.
Lásd még:
