Бензол у 126 вымярэннях
Аўстралійскія навукоўцы нядаўна апісалі хімічную малекулу, якая доўгі час прыцягвала іх увагу. Лічыцца, што вынік даследавання паўплывае на новыя канструкцыі сонечных элементаў, арганічных святловыпрамяняльных дыёдаў і іншых тэхналогій наступнага пакалення, у якіх паказана ўжыванне бензолу.
бензол арганічнае хімічнае злучэнне з групы арэн. Гэта найпросты карбацыклічны нейтральны араматычны вуглевадарод. Ён, між іншым, кампанент ДНК, бялкоў, драўніны і алею. Хімікаў цікавіла праблема будовы бензолу з моманту вылучэння злучэння. У 1865 годзе нямецкі хімік Фрыдрых Аўгуст Кекуле высунуў гіпотэзу аб тым, што бензол уяўляе сабой шасцічленны циклогексатриен, у якім паміж атамамі вугляроду чаргуюцца адзінарныя і падвойныя сувязі.
З 30-х гадоў у хімічных колах вядуцца спрэчкі аб будынку малекулы бензолу. Гэта спрэчка набыла дадатковую вастрыню ў апошнія гады, паколькі бензол, які складаецца з шасці атамаў вугляроду, звязаных з шасцю атамамі вадароду, з'яўляецца найменшай вядомай малекулай, якую можна выкарыстоўваць у вытворчасці оптаэлектронікі, вобласці тэхналогій будучыні. .
Спрэчкі вакол будынка малекулы ўзнікаюць таму, што, хоць у ёй мала атамарных кампанентаў, яна існуе ў стане, матэматычна апісваным не трыма і нават чатырма вымярэннямі (уключаючы час), як мы ведаем з нашага досведу, а да 126 памераў.
Адкуль узяўся гэты лік? Значыць, кожны з 42 электронаў, якія складаюць малекулу, апісваецца ў трох вымярэннях, і множанне іх на колькасць часціц дае якраз 126. Так што гэта не рэальныя, а матэматычныя вымярэнні. Вымярэнне гэтай складанай і вельмі маленькай сістэмы да гэтага часу аказалася немагчымым, а гэта азначала, што дакладныя паводзіны электронаў у бензоле не магло быць вядома. І гэта было праблемай, таму што без гэтай інфармацыі немагчыма было б поўнасцю апісаць стабільнасць малекулы ў тэхнічных дадатках.
Аднак цяпер навукоўцам на чале з Цімаці Шмітам з Цэнтра перадавога вопыту ARC у галіне эксітоннай навукі і Універсітэта Новага Паўднёвага Уэльса ў Сіднэі ўдалося разгадаць таямніцу. Разам з калегамі з UNSW і CSIRO Data61 ён ужыў складаны заснаваны на алгарытме метад пад назовам Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) да малекул бензолу, каб супаставіць іх функцыі даўжыні хвалі па ўсіх 126 памераў. Гэты алгарытм дазваляе падзяліць памерную прастору на «пліткі», кожная з якіх адпавядае перастановам пазіцый электронаў. Вынікі гэтага даследавання былі апублікаваны ў часопісе Nature Communications.
Адмысловая цікавасць для навукоўцаў уяўляла разуменне спіна электронаў. «Тое, што мы выявілі, вельмі здзівіла», - адзначае прафесар Шміт у публікацыі. «Электроны ў вугляродзе з узыходзячым спінам звязаныя падвойнымі сувязямі ў трохмерныя канфігурацыі з ніжэйшай энергіяй. Па сутнасці, гэта зніжае энергію малекулы, робячы яе больш стабільнай, дзякуючы адштурхвалым і якія адхіляюцца электронам». Стабільнасць малекулы, у сваю чаргу, з'яўляецца пажаданай характарыстыкай у тэхнічных дадатках.
Глядзі таксама:
