Benzen i 126 dimensjoner
Australske forskere beskrev nylig et kjemisk molekyl som lenge har tiltrukket seg oppmerksomheten deres. Det antas at resultatet av studien vil påvirke nye design av solceller, organiske lysdioder og andre neste generasjons teknologier som viser bruken av benzen.
benzen organisk kjemisk forbindelse fra gruppen av arene. Det er det enkleste karbosykliske nøytrale aromatiske hydrokarbonet. Det er blant annet en komponent av DNA, proteiner, tre og olje. Kjemikere har vært interessert i problemet med strukturen til benzen siden isoleringen av forbindelsen. I 1865 antok den tyske kjemikeren Friedrich August Kekule at benzen er en seksleddet cykloheksatrien der enkelt- og dobbeltbindinger veksler mellom karbonatomer.
Siden 30-tallet har det vært en debatt i kjemiske kretser om strukturen til benzenmolekylet. Denne debatten har blitt mer presserende de siste årene fordi benzen, som består av seks karbonatomer bundet til seks hydrogenatomer, er det minste kjente molekylet som kan brukes i produksjon av optoelektronikk, et teknologiområde i fremtiden. .
Kontroversen rundt strukturen til et molekyl oppstår fordi, selv om det har få atomkomponenter, eksisterer det i en tilstand som er matematisk beskrevet ikke av tre eller fire dimensjoner (inkludert tid), som vi vet fra vår erfaring, men opptil 126 størrelser.
Hvor kom dette tallet fra? Derfor er hvert av de 42 elektronene som utgjør molekylet beskrevet i tre dimensjoner, og å multiplisere dem med antall partikler gir nøyaktig 126. Så dette er ikke reelle, men matematiske målinger. Måling av dette komplekse og svært lille systemet har så langt vist seg umulig, noe som gjorde at den nøyaktige oppførselen til elektronene i benzen ikke kunne være kjent. Og dette var et problem, fordi uten denne informasjonen ville det ikke være mulig å fullstendig beskrive stabiliteten til molekylet i tekniske applikasjoner.
Nå har imidlertid forskere ledet av Timothy Schmidt fra ARC Center of Excellence in Exciton Science og University of New South Wales i Sydney klart å avdekke mysteriet. Sammen med kolleger ved UNSW og CSIRO Data61 brukte han en sofistikert algoritmebasert metode kalt Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) på benzenmolekyler for å kartlegge bølgelengdefunksjonene deres over alle 126 størrelser. Denne algoritmen lar deg dele det dimensjonale rommet i "fliser", som hver tilsvarer permutasjoner av elektronenes posisjoner. Resultatene av denne studien ble publisert i tidsskriftet Nature Communications.
Av spesiell interesse for forskere var forståelsen av elektronenes spinn. "Det vi fant var veldig overraskende," bemerker professor Schmidt i publikasjonen. "Spin-up-elektronene i karbon er dobbeltbundet til tredimensjonale konfigurasjoner med lavere energi. I hovedsak senker det energien til molekylet, noe som gjør det mer stabilt på grunn av at elektronene blir skjøvet bort og frastøtt." Stabiliteten til et molekyl er på sin side en ønskelig egenskap i tekniske applikasjoner.
Se også:
