Benseen in 126 afmetings
Australiese wetenskaplikes het onlangs 'n chemiese molekule beskryf wat al lank hul aandag getrek het. Daar word geglo dat die resultaat van die studie nuwe ontwerpe van sonselle, organiese ligdiodes en ander volgende generasie tegnologieë sal beïnvloed wat die gebruik van benseen toon.
benseen organiese chemiese verbinding uit die groep arene. Dit is die eenvoudigste koolsikliese neutrale aromatiese koolwaterstof. Dit is onder meer 'n komponent van DNA, proteïene, hout en olie. Chemici stel belang in die probleem van die struktuur van benseen sedert die isolasie van die verbinding. In 1865 het die Duitse chemikus Friedrich August Kekule veronderstel dat benseen 'n sesledige sikloheksatrieen is waarin enkel- en dubbelbindings tussen koolstofatome afwissel.
Sedert die 30's is besprekings in chemiese kringe aan die gang oor die struktuur van die benseenmolekule. Hierdie debat het die afgelope paar jaar bykomende dringendheid aangeneem omdat benseen, wat bestaan uit ses koolstofatome wat aan ses waterstofatome gebind is, die kleinste bekende molekule is wat gebruik kan word in die vervaardiging van opto-elektronika, 'n tegnologie-area van die toekoms. .
Die kontroversie rondom die struktuur van 'n molekule ontstaan omdat, alhoewel dit min atoomkomponente het, dit bestaan in 'n toestand wat wiskundig beskryf word nie deur drie of selfs vier dimensies (insluitend tyd), soos ons uit ons ervaring weet nie, maar tot 126 groottes.
Waar kom hierdie nommer vandaan? Daarom word elkeen van die 42 elektrone waaruit die molekule bestaan, in drie dimensies beskryf, en vermenigvuldiging van hulle met die aantal deeltjies gee presies 126. Dit is dus nie werklike nie, maar wiskundige metings. Meting van hierdie komplekse en baie klein stelsel was tot dusver onmoontlik, wat beteken het dat die presiese gedrag van die elektrone in benseen nie bekend kon wees nie. En dit was 'n probleem, want sonder hierdie inligting sou dit nie moontlik wees om die stabiliteit van die molekule in tegniese toepassings volledig te beskryf nie.
Nou het wetenskaplikes onder leiding van Timothy Schmidt van die LNR Centre of Excellence in Exciton Science en die Universiteit van Nieu-Suid-Wallis in Sydney egter daarin geslaag om die raaisel te ontrafel. Saam met kollegas by UNSW en CSIRO Data61 het hy 'n gesofistikeerde algoritme-gebaseerde metode genaamd Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) op benseenmolekules toegepas om hul golflengtefunksies oor almal te karteer 126 groottes. Hierdie algoritme laat jou toe om die dimensionele ruimte in "teëls" te verdeel, wat elk ooreenstem met permutasies van die posisies van die elektrone. Die resultate van hierdie studie is in die joernaal Nature Communications gepubliseer.
Van besondere belang vir wetenskaplikes was die begrip van die spin van elektrone. "Wat ons gevind het, was baie verbasend," merk professor Schmidt in die publikasie op. "Die spin-up elektrone in koolstof is dubbelgebind in laer-energie driedimensionele konfigurasies. In wese verlaag dit die energie van die molekule, wat dit meer stabiel maak as gevolg van die elektrone wat weggestoot en afgestoot word." Die stabiliteit van 'n molekule is op sy beurt 'n wenslike eienskap in tegniese toepassings.
Sien ook:
