Bentseeni 126-mitassa
Australialaiset tutkijat kuvasivat äskettäin kemiallisen molekyylin, joka on pitkään herättänyt heidän huomionsa. Tutkimuksen tuloksen uskotaan vaikuttavan aurinkokennojen uusiin malleihin, orgaanisiin valodiodeihin ja muihin seuraavan sukupolven teknologioihin, jotka osoittavat bentseenin käyttöä.
bentseeni orgaaninen kemiallinen yhdiste areeenien ryhmästä. Se on yksinkertaisin karbosyklinen neutraali aromaattinen hiilivety. Se on muun muassa DNA:n, proteiinien, puun ja öljyn komponentti. Kemistit ovat olleet kiinnostuneita bentseenin rakenteen ongelmasta yhdisteen eristämisestä lähtien. Vuonna 1865 saksalainen kemisti Friedrich August Kekule oletti, että bentseeni on kuusijäseninen sykloheksatrieeni, jossa yksinkertaiset ja kaksoissidokset vuorottelevat hiiliatomien välillä.
30-luvulta lähtien kemianpiireissä on käyty keskustelua bentseenimolekyylin rakenteesta. Tämä keskustelu on noussut kiireellisemmäksi viime vuosina, koska bentseeni, joka koostuu kuudesta hiiliatomista, jotka ovat sitoutuneet kuuteen vetyatomiin, on pienin tunnettu molekyyli, jota voidaan käyttää tulevaisuuden teknologia-alueen optoelektroniikan tuotannossa. .
Molekyylin rakennetta koskeva kiista syntyy siitä syystä, että vaikka siinä on vähän atomikomponentteja, se on olemassa tilassa, jota ei matemaattisesti kuvaile kolme tai edes neljä ulottuvuutta (mukaan lukien aika), kuten kokemuksestamme tiedämme, vaan jopa 126 kokoa.
Mistä tämä numero tuli? Siksi jokainen 42 elektronista, jotka muodostavat molekyylin, on kuvattu kolmessa ulottuvuudessa, ja kertomalla ne hiukkasten lukumäärällä saadaan täsmälleen 126. Nämä eivät siis ole todellisia, vaan matemaattisia mittauksia. Tämän monimutkaisen ja erittäin pienen järjestelmän mittaaminen on toistaiseksi osoittautunut mahdottomaksi, mikä merkitsi sitä, että bentseenissä olevien elektronien tarkkaa käyttäytymistä ei voitu tietää. Ja tämä oli ongelma, koska ilman tätä tietoa ei olisi mahdollista kuvata täysin molekyylin stabiilisuutta teknisissä sovelluksissa.
Nyt Timothy Schmidtin johtamat tutkijat ARC Exciton Science -huippuyliopistosta ja New South Walesin yliopistosta Sydneystä ovat kuitenkin onnistuneet selvittämään mysteerin. Yhdessä UNSW:n ja CSIRO Data61:n kollegoidensa kanssa hän sovelsi kehittynyttä algoritmipohjaista menetelmää nimeltä Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) bentseenimolekyyleihin kartoittamaan niiden aallonpituusfunktiot kaikkialla. 126 kokoa. Tämän algoritmin avulla voit jakaa ulottuvuusavaruuden "laatoiksi", joista jokainen vastaa elektronien paikkojen permutaatioita. Tämän tutkimuksen tulokset julkaistiin Nature Communications -lehdessä.
Erityisen kiinnostavaa tutkijoita oli elektronien spinin ymmärtäminen. "Löysimme oli hyvin yllättävää", professori Schmidt toteaa julkaisussa. "Hiilen pyörivät elektronit on kaksoissidottu pienempienergisiin kolmiulotteisiin konfiguraatioihin. Pohjimmiltaan se alentaa molekyylin energiaa, mikä tekee siitä vakaamman, koska elektronit työntyvät pois ja hylkivät." Molekyylin stabiilius puolestaan on toivottava ominaisuus teknisissä sovelluksissa.
Katso myös:
