Benceno en 126 dimensións

Científicos australianos describiron recentemente unha molécula química que chamaba a súa atención durante moito tempo. Crese que o resultado do estudo influirá nos novos deseños de células solares, díodos orgánicos emisores de luz e outras tecnoloxías de próxima xeración que amosen o uso do benceno.

benceno composto químico orgánico do grupo dos arenos. É o hidrocarburo aromático neutro carbocíclico máis sinxelo. É, entre outras cousas, un compoñente de ADN, proteínas, madeira e aceite. Os químicos interesáronse polo problema da estrutura do benceno desde o illamento do composto. En 1865, o químico alemán Friedrich August Kekule formulou a hipótese de que o benceno é un ciclohexatrieno de seis membros no que se alternan enlaces sinxelos e dobres entre os átomos de carbono.

Desde a década de 30, hai un debate nos círculos químicos sobre a estrutura da molécula de benceno. Este debate adquiriu unha urxencia adicional nos últimos anos porque o benceno, formado por seis átomos de carbono unidos a seis átomos de hidróxeno, é a molécula máis pequena coñecida que se pode utilizar na produción de optoelectrónica, unha área tecnolóxica do futuro. .

A polémica arredor da estrutura dunha molécula xorde porque, aínda que ten poucos compoñentes atómicos, existe nun estado que se describe matematicamente non por tres ou ata catro dimensións (incluíndo o tempo), como sabemos pola nosa experiencia, senón ata 126 tamaños.

De onde saíu este número? Polo tanto, cada un dos 42 electróns que forman a molécula descríbese en tres dimensións, e ao multiplicalos polo número de partículas dáse exactamente 126. Polo tanto, non son medidas reais, senón matemáticas. A medición deste sistema complexo e moi pequeno ata agora resultou imposible, o que significaba que non se podía coñecer o comportamento exacto dos electróns do benceno. E isto era un problema, porque sen esta información non sería posible describir completamente a estabilidade da molécula en aplicacións técnicas.

Agora, con todo, os científicos dirixidos por Timothy Schmidt do Centro de Excelencia ARC en Ciencia Exciton e da Universidade de Nova Gales do Sur en Sydney conseguiron desvelar o misterio. Xunto con colegas de UNSW e CSIRO Data61, aplicou un sofisticado método baseado en algoritmos chamado Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) ás moléculas de benceno para mapear as súas funcións de lonxitude de onda en todo o mundo. 126 tamaños. Este algoritmo permite dividir o espazo dimensional en "tellas", cada unha das cales corresponde a permutacións das posicións dos electróns. Os resultados deste estudo foron publicados na revista Nature Communications.

De particular interese para os científicos foi a comprensión do espín dos electróns. "O que atopamos foi moi sorprendente", sinala o profesor Schmidt na publicación. "Os electróns spin-up do carbono están dobres enlaces en configuracións tridimensionais de baixa enerxía. Esencialmente, reduce a enerxía da molécula, facéndoa máis estable debido a que os electróns son afastados e repelidos". A estabilidade dunha molécula, á súa vez, é unha característica desexable nas aplicacións técnicas.

Ver tamén: