Бензол у 126 вимірах
Австралійські вчені нещодавно описали хімічну молекулу, яка тривалий час привертала їхню увагу. Вважається, що результат дослідження вплине на нові конструкції сонячних елементів, органічних світлодіодів та інших технологій наступного покоління, в яких показано застосування бензолу.
бензол органічна хімічна сполука з групи арен. Це найпростіший нейтральний карбоциклічний ароматичний вуглеводень. Він, між іншим, компонент ДНК, білків, деревини та олії. Хіміків цікавила проблема будови бензолу з виділення сполуки. У 1865 році німецький хімік Фрідріх Август Кекуле висунув гіпотезу про те, що бензол є шестичленним циклогексатрієном, в якому між атомами вуглецю чергуються одинарні і подвійні зв'язки.
З 30-х років у хімічних колах точаться суперечки про будову молекули бензолу. Ця суперечка набула додаткової гостроти в останні роки, оскільки бензол, що складається з шести атомів вуглецю, пов'язаних із шістьма атомами водню, є найменшою відомою молекулою, яку можна використовувати у виробництві оптоелектроніки, галузі технологій майбутнього. .
Суперечки навколо будови молекули виникають тому, що, хоча в ній мало атомарних компонентів, вона існує в стані, що математично описується не трьома і навіть чотирма вимірами (включаючи час), як ми знаємо з нашого досвіду, а до 126 розмірів.
Звідки взялося це число? Отже, кожен із 42 електронів, що становлять молекулу, описується у трьох вимірах, і множення їх на кількість частинок дає якраз 126. Тож це не реальні, а математичні виміри. Вимірювання цієї складної та дуже маленької системи досі виявилося неможливим, а це означало, що точна поведінка електронів у бензолі не могла бути відома. І це було проблемою, тому що без цієї інформації неможливо було б повністю описати стабільність молекули у технічних додатках.
Однак тепер ученим на чолі з Тімоті Шмідтом із Центру передового досвіду ARC у галузі екситонної науки та Університету Нового Південного Уельсу в Сіднеї вдалося розгадати таємницю. Разом з колегами з UNSW та CSIRO Data61 він застосував складний заснований на алгоритмі метод під назвою Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) до молекул бензолу, щоб зіставити їх функції довжини хвилі по всьому. 126 розмірів. Цей алгоритм дозволяє розділити розмірний простір на плитки, кожна з яких відповідає перестановкам позицій електронів. Результати цього дослідження було опубліковано у журналі Nature Communications.
Особливий інтерес для вчених становило розуміння спина електронів. "Те, що ми виявили, дуже здивувало", - зазначає професор Шмідт у публікації. «Електрони у вуглеці з висхідним спином пов'язані подвійними зв'язками в тривимірні зміни з нижчою енергією. По суті, це знижує енергію молекули, роблячи її більш стабільною, завдяки електронам, що відштовхують і усуваються». Стабільність молекули, у свою чергу, є бажаною характеристикою в технічних програмах.
Дивіться також:
