Бензен в 126 измерения

Австралийски учени наскоро описаха химическа молекула, която отдавна привлича вниманието им. Смята се, че резултатът от изследването ще повлияе на нови проекти на слънчеви клетки, органични диоди, излъчващи светлина и други технологии от следващо поколение, които показват използването на бензол.

бензен органично химично съединение от групата на арените. Това е най-простият карбоцикличен неутрален ароматен въглеводород. Освен всичко друго, той е компонент на ДНК, протеини, дърво и масло. Химиците се интересуват от проблема за структурата на бензола още от изолирането на съединението. През 1865 г. немският химик Фридрих Август Кекуле предполага, че бензолът е шестчленен циклохексатриен, в който единични и двойни връзки се редуват между въглеродните атоми.

От 30-те години на миналия век в химическите кръгове се води дебат относно структурата на молекулата на бензола. Този дебат придоби допълнителна неотложност през последните години, тъй като бензолът, съставен от шест въглеродни атома, свързани с шест водородни атома, е най-малката известна молекула, която може да се използва в производството на оптоелектроника, технологична област на бъдещето. .

Противоречието около структурата на една молекула възниква, защото, въпреки че има малко атомни компоненти, тя съществува в състояние, което се описва математически не с три или дори четири измерения (включително времето), както знаем от нашия опит, а до 126 размера.

Откъде дойде този номер? Следователно всеки от 42-те електрона, които изграждат молекулата, е описан в три измерения и умножаването им по броя на частиците дава точно 126. Така че това не са реални, а математически измервания. Измерването на тази сложна и много малка система досега се оказа невъзможно, което означаваше, че точното поведение на електроните в бензола не може да бъде известно. И това беше проблем, защото без тази информация не би било възможно да се опише напълно стабилността на молекулата в технически приложения.

Сега обаче учени, водени от Тимъти Шмид от Центъра за върхови постижения на ARC в областта на науката за екситон и Университета на Нов Южен Уелс в Сидни, успяха да разкрият мистерията. Заедно с колеги от UNSW и CSIRO Data61, той приложи сложен метод, базиран на алгоритъм, наречен Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) към молекулите на бензол, за да картографира техните функции на дължина на вълната върху всички 126 размера. Този алгоритъм ви позволява да разделите пространственото пространство на "плочки", всяка от които съответства на пермутации на позициите на електроните. Резултатите от това проучване са публикувани в списание Nature Communications.

От особен интерес за учените беше разбирането на въртенето на електроните. „Това, което открихме, беше много изненадващо“, отбелязва професор Шмид в публикацията. „Въртящите се електрони във въглерода са двойно свързани в триизмерни конфигурации с по-ниска енергия. По същество той понижава енергията на молекулата, което я прави по-стабилна поради изтласкването и отблъскването на електроните." Стабилността на една молекула от своя страна е желана характеристика в техническите приложения.