بنزن در ابعاد 126

دانشمندان استرالیایی اخیراً یک مولکول شیمیایی را توصیف کردند که مدتهاست توجه آنها را به خود جلب کرده است. اعتقاد بر این است که نتیجه این مطالعه بر طراحی های جدید سلول های خورشیدی، دیودهای ساطع کننده نور آلی و سایر فناوری های نسل بعدی که استفاده از بنزن را نشان می دهد، تأثیر خواهد گذاشت.

بنزن ترکیب شیمیایی آلی از گروه آرن ها. این ساده ترین هیدروکربن آروماتیک خنثی کربوسیکلیک است. از جمله اجزای DNA، پروتئین ها، چوب و روغن است. شیمیدانان از زمان جداسازی این ترکیب به مشکل ساختار بنزن علاقه داشتند. در سال 1865، فردریش آگوست ککول، شیمیدان آلمانی، این فرضیه را مطرح کرد که بنزن یک سیکلوهگزاترین شش عضوی است که در آن پیوندهای منفرد و دوتایی بین اتم های کربن متناوب هستند.

از دهه 30، بحثی در محافل شیمیایی در مورد ساختار مولکول بنزن وجود داشته است. این بحث در سال‌های اخیر اهمیت بیشتری پیدا کرده است، زیرا بنزن که از شش اتم کربن تشکیل شده است که به شش اتم هیدروژن پیوند دارند، کوچک‌ترین مولکول شناخته‌شده‌ای است که می‌توان در تولید اپتوالکترونیک، یک حوزه فناوری در آینده، استفاده کرد. .

مناقشه پیرامون ساختار یک مولکول به این دلیل به وجود می آید که، اگرچه دارای اجزای اتمی کمی است، اما در حالتی وجود دارد که از نظر ریاضی نه با سه یا حتی چهار بعد (از جمله زمان)، همانطور که از تجربه ما می دانیم، اما وجود دارد. تا 126 سایز.

این عدد از کجا آمده است؟ بنابراین، هر یک از 42 الکترون تشکیل دهنده مولکول به صورت سه بعدی توصیف می شود و ضرب آنها در تعداد ذرات دقیقاً 126 بدست می دهد. بنابراین این اندازه گیری های واقعی نیستند، بلکه اندازه گیری های ریاضی هستند. اندازه‌گیری این سیستم پیچیده و بسیار کوچک تاکنون غیرممکن بوده است، به این معنی که رفتار دقیق الکترون‌های موجود در بنزن را نمی‌توان شناخت. و این یک مشکل بود، زیرا بدون این اطلاعات، توصیف کامل پایداری مولکول در کاربردهای فنی ممکن نبود.

با این حال، اکنون دانشمندان به رهبری تیموتی اشمیت از مرکز عالی ARC در علوم اکسایتون و دانشگاه نیو ساوت ولز در سیدنی موفق به کشف این راز شده اند. او به همراه همکارانش در UNSW و CSIRO Data61، یک روش مبتنی بر الگوریتم پیچیده به نام نمونه‌برداری دینامیکی کلان شهر Voronoi (DVMS) را برای مولکول‌های بنزن به کار برد تا توابع طول موج آنها را در همه جا ترسیم کند. 126 سایز. این الگوریتم به شما امکان می دهد فضای ابعادی را به "کاشی" تقسیم کنید، که هر کدام مربوط به جایگشت موقعیت های الکترون ها است. نتایج این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شد.

جالب توجه دانشمندان، درک اسپین الکترون ها بود. پروفسور اشمیت در این نشریه خاطرنشان می کند: «آنچه ما پیدا کردیم بسیار شگفت انگیز بود. الکترون‌های اسپین‌آپ در کربن با پیوند دوگانه به پیکربندی‌های سه‌بعدی با انرژی پایین‌تر متصل می‌شوند. اساساً انرژی مولکول را کاهش می‌دهد و به دلیل دور رانده شدن و دفع الکترون‌ها، آن را پایدارتر می‌کند." پایداری یک مولکول، به نوبه خود، یک ویژگی مطلوب در کاربردهای فنی است.

همچنین ببینید: