בנזן ב 126 ממדים

מדענים אוסטרלים תיארו לאחרונה מולקולה כימית שמרתקת אותם זה מכבר. הוא האמין כי לתוצאות המחקר תהיה השפעה על עיצובים חדשים של תאים סולאריים, דיודות פולטות אור אורגני וטכנולוגיות אחרות מהדור הבא, שבהן, מסתבר, ניתן להשתמש בבנזן.

בנזן הוא תרכובת כימית אורגנית. זהו הפחמימן הארומטי הפחמימי והקרבוציקלי. זה חלק מ- DNA, חלבונים, עץ ושמן. בעיית בניית הבנזן עניינה כימאים מאז שניתק תרכובת זו. בשנת 1865 שיער כימאי גרמני פרידריך אוגוסט Kekulé כי בנזן הוא cyclohexatriene עם טבעת משושה שבה מתחלפים קשרים בודדים וכפולים בין אטומי הפחמן.

מקור תמונה: Pixabay

במעגלים כימיים התנהל ויכוח על מבנה מולקולת הבנזן מאז שנות השלושים. דיון זה התגבר בשנים האחרונות מכיוון שבנזן, המורכב משש אטומי פחמן בשילוב עם שישה אטומי מימן, הוא המולקולה הקטנה ביותר הידועה שניתן להשתמש בה בייצור חומרים אופטו-אלקטרוניים, תחום חלוצי של טכנולוגיה.
המחלוקת בנוגע למבנה של מולקולה מתעוררת מכיוון שלמרות שיש בה מעט מרכיבים אטומיים, היא קיימת במצב שאינו מתואר מתמטית על ידי התלת-ממד או אפילו ארבעה (כולל זמן) שאנו מכירים מניסיוננו, אלא עד 126 מידות. מהיכן הגיע המספר הזה? כל אחד מ -42 האלקטרונים בחלקיק מתואר בשלושה ממדים, ואם מכפילים אותם במספר החלקיקים מקבלים 126. כך שלא מדובר בממדים אמיתיים, אלא מתמטיים. המדידה של מערכת מורכבת וקטנה מאוד זו הוכיחה עד כה כבלתי אפשרית, כך שהתנהגותם המדויקת של האלקטרונים בבנזן לא הייתה ידועה. וזו הייתה בעיה, מכיוון שללא מידע זה לעולם לא ניתן יהיה לתאר באופן מלא את עמידות המולקולה ביישומים טכניים.
אולם כעת מדענים העובדים עם טימותי שמידט ממרכז הצטיינות ARC במדע אקסיטון ומאוניברסיטת ניו סאות 'ויילס בסידני בהנחייתו של טימותי שמידט הצליחו לפתור תעלומה זו. יחד עם עמיתיו מ- UNSW ו- CSIRO Data61, הוא יישם שיטה מורכבת מבוססת אלגוריתם הנקראת Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) על מולקולות בנזן כדי למפות את פונקציות צורות הגל שלהן בכל 126 הממדים. אלגוריתם זה מאפשר חלוקה של חלל המימד ל"אריחים ", כל אחד מהם מתאים לתמורות של עמדות האלקטרונים. תוצאות מחקרים אלה פורסמו בכתב העת "Nature Communications". מעניין במיוחד את המדענים היה ההבנה של ספין אלקטרונים. "מה שגילינו היה מפתיע מאוד", מציין פרופסור שמידט בפרסום. "האלקטרונים בקשר הכפול הפחמן בשילוב עם הסיבוב כלפי מעלה בתצורות תלת מימד עם פחות אנרגיה. זה מקטין משמעותית את האנרגיה של המולקולה והופך את המולקולה ליציבה יותר בזכות האלקטרונים הדוחים וההתחמקות. יציבות החלקיקים, בתורם. , היא תכונה רצויה ביישומים טכניים.