Benzè en 126 dimensions
Científics australians van descriure recentment una molècula química que fa temps que els ha cridat l'atenció. Es creu que el resultat de l'estudi influirà en els nous dissenys de cèl·lules solars, díodes emissors de llum orgànics i altres tecnologies de nova generació que mostren l'ús del benzè.
benzè compost químic orgànic del grup de les arenes. És l'hidrocarbur aromàtic neutre carbocíclic més simple. És, entre altres coses, un component de l'ADN, proteïnes, fusta i oli. Els químics s'han interessat pel problema de l'estructura del benzè des de l'aïllament del compost. El 1865, el químic alemany Friedrich August Kekule va plantejar la hipòtesi que el benzè és un ciclohexatriè de sis membres en el qual s'alternen enllaços simples i dobles entre àtoms de carboni.
Des de la dècada de 30, en cercles químics s'han discutit sobre l'estructura de la molècula de benzè. Aquest debat ha adquirit més urgència els darrers anys perquè el benzè, format per sis àtoms de carboni units a sis àtoms d'hidrogen, és la molècula més petita coneguda que es pot utilitzar en la producció d'optoelectrònica, una àrea tecnològica del futur. .
La controvèrsia al voltant de l'estructura d'una molècula sorgeix perquè, tot i que té pocs components atòmics, existeix en un estat que es descriu matemàticament no per tres o fins i tot quatre dimensions (inclòs el temps), com sabem per la nostra experiència, sinó fins a 126 mides.
D'on ha sortit aquest número? Per tant, cadascun dels 42 electrons que formen la molècula es descriu en tres dimensions, i multiplicant-los pel nombre de partícules en donen exactament 126. Per tant, no són mesures reals, sinó matemàtiques. La mesura d'aquest sistema complex i molt petit fins ara s'ha demostrat impossible, la qual cosa significa que no es podia conèixer el comportament exacte dels electrons del benzè. I això era un problema, perquè sense aquesta informació no seria possible descriure completament l'estabilitat de la molècula en aplicacions tècniques.
Ara, però, els científics dirigits per Timothy Schmidt del Centre d'Excel·lència ARC en Ciència Exciton i la Universitat de Nova Gal·les del Sud a Sydney han aconseguit esbrinar el misteri. Juntament amb col·legues d'UNSW i CSIRO Data61, va aplicar un mètode sofisticat basat en algoritmes anomenat Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) a les molècules de benzè per mapejar les seves funcions de longitud d'ona a tot el món. 126 mides. Aquest algorisme permet dividir l'espai dimensional en "rajoles", cadascuna de les quals correspon a permutacions de les posicions dels electrons. Els resultats d'aquest estudi es van publicar a la revista Nature Communications.
De particular interès per als científics va ser la comprensió del gir dels electrons. "El que vam trobar va ser molt sorprenent", assenyala el professor Schmidt a la publicació. "Els electrons spin-up del carboni estan doblegats en configuracions tridimensionals d'energia més baixa. Essencialment, redueix l'energia de la molècula, fent-la més estable a causa que els electrons són allunyats i repel·lits". L'estabilitat d'una molècula, al seu torn, és una característica desitjable en aplicacions tècniques.
Vegeu també:
