Бензол в 126 измерениях
Технологии

Бензол в 126 измерениях

Австралийские ученые недавно описали химическую молекулу, которая долгое время привлекала их внимание. Считается, что результат исследования повлияет на новые конструкции солнечных элементов, органических светоизлучающих диодов и других технологий следующего поколения, в которых показано применение бензола.

бензол органическое химическое соединение из группы арен. Это простейший карбоциклический нейтральный ароматический углеводород. Он, между прочим, компонент ДНК, белков, древесины и масла. Химиков интересовала проблема строения бензола с момента выделения соединения. В 1865 году немецкий химик Фридрих Август Кекуле выдвинул гипотезу о том, что бензол представляет собой шестичленный циклогексатриен, в котором между атомами углерода чередуются одинарные и двойные связи.

С 30-х годов в химических кругах ведутся споры о строении молекулы бензола. Этот спор приобрел дополнительную остроту в последние годы, поскольку бензол, состоящий из шести атомов углерода, связанных с шестью атомами водорода, является наименьшей известной молекулой, которую можно использовать в производстве оптоэлектроники, области технологий будущего. .

Споры вокруг строения молекулы возникают потому, что, хотя в ней мало атомарных компонентов, она существует в состоянии, математически описываемом не тремя и даже четырьмя измерениями (включая время), как мы знаем из нашего опыта, а до 126 размеров.

Откуда взялось это число? Следовательно, каждый из 42 электронов, составляющих молекулу, описывается в трех измерениях, и умножение их на количество частиц дает как раз 126. Так что это не реальные, а математические измерения. Измерение этой сложной и очень маленькой системы до сих пор оказалось невозможным, а это означало, что точное поведение электронов в бензоле не могло быть известно. И это было проблемой, потому что без этой информации невозможно было бы полностью описать стабильность молекулы в технических приложениях.

Однако теперь ученым во главе с Тимоти Шмидтом из Центра передового опыта ARC в области экситонной науки и Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее удалось разгадать тайну. Вместе с коллегами из UNSW и CSIRO Data61 он применил сложный основанный на алгоритме метод под названием Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) к молекулам бензола, чтобы сопоставить их функции длины волны по всем 126 размеров. Этот алгоритм позволяет разделить размерное пространство на «плитки», каждая из которых соответствует перестановкам позиций электронов. Результаты этого исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Особый интерес для ученых представляло понимание спина электронов. «То, что мы обнаружили, очень удивило», — отмечает профессор Шмидт в публикации. «Электроны в углероде с восходящим спином связаны двойными связями в трехмерные конфигурации с более низкой энергией. По существу, это снижает энергию молекулы, делая ее более стабильной, благодаря отталкивающим и отстраняющимся электронам». Стабильность молекулы, в свою очередь, является желательной характеристикой в ​​технических приложениях.

Смотрите также:

Добавить комментарий