بنزين في ١٢٦ بعدا
وصف علماء أستراليون مؤخرًا جزيءًا كيميائيًا جذب انتباههم لفترة طويلة. ويعتقد أن نتيجة الدراسة ستؤثر على التصاميم الجديدة للخلايا الشمسية، والثنائيات العضوية الباعثة للضوء وغيرها من تقنيات الجيل القادم التي تظهر استخدام البنزين.
بنزين مركب كيميائي عضوي من مجموعة الأرينات. وهو أبسط هيدروكربون عطري محايد كربوني. وهو، من بين أمور أخرى، أحد مكونات الحمض النووي والبروتينات والخشب والزيت. لقد اهتم الكيميائيون بمشكلة بنية البنزين منذ عزل المركب. في عام 1865، افترض الكيميائي الألماني فريدريش أوغست كيكولي أن البنزين عبارة عن هكساترين حلقي مكون من ستة أعضاء تتناوب فيه الروابط الفردية والمزدوجة بين ذرات الكربون.
منذ ثلاثينيات القرن العشرين، كانت المناقشات جارية في الأوساط الكيميائية حول بنية جزيء البنزين. وقد اكتسب هذا الجدل أهمية متزايدة في السنوات الأخيرة لأن البنزين، المكون من ست ذرات كربون مرتبطة بست ذرات هيدروجين، هو أصغر جزيء معروف يمكن استخدامه في إنتاج الإلكترونيات الضوئية، وهو مجال تكنولوجي في المستقبل. .
ينشأ الجدل الدائر حول بنية الجزيء لأنه، على الرغم من أنه يحتوي على عدد قليل من المكونات الذرية، فإنه موجود في حالة لا توصف رياضيا بثلاثة أو حتى أربعة أبعاد (بما في ذلك الزمن)، كما نعلم من تجربتنا، ولكن ما يصل إلى 126 الأحجام.
من أين جاء هذا الرقم؟ ولذلك، فإن كل إلكترون من الإلكترونات الـ 42 التي يتكون منها الجزيء موصوف في ثلاثة أبعاد، وضربها في عدد الجزيئات يعطينا 126 بالضبط. إذن هذه ليست حقيقية، ولكنها قياسات رياضية. لقد ثبت حتى الآن أن قياس هذا النظام المعقد والصغير جدًا أمر مستحيل، مما يعني أنه لا يمكن معرفة السلوك الدقيق للإلكترونات في البنزين. وكانت هذه مشكلة، لأنه بدون هذه المعلومات لن يكون من الممكن وصف استقرار الجزيء بشكل كامل في التطبيقات التقنية.
ومع ذلك، تمكن العلماء الآن بقيادة تيموثي شميدت من مركز ARC للتميز في علوم الإكسيتون وجامعة نيو ساوث ويلز في سيدني من كشف اللغز. بالتعاون مع زملائه في جامعة نيو ساوث ويلز وCSIRO Data61، قام بتطبيق طريقة متطورة تعتمد على الخوارزمية تسمى Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) لجزيئات البنزين لرسم خريطة لوظائف الطول الموجي الخاصة بها على جميع أنحاء العالم. 126 مقاس. تتيح لك هذه الخوارزمية تقسيم مساحة الأبعاد إلى "بلاطات"، كل منها يتوافق مع التباديل في مواقع الإلكترونات. ونشرت نتائج هذه الدراسة في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز.
كان فهم دوران الإلكترونات موضع اهتمام خاص للعلماء. "ما وجدناه كان مفاجئا للغاية"، يلاحظ البروفيسور شميدت في المنشور. "إن الإلكترونات المغزلية في الكربون مرتبطة بشكل مزدوج بتكوينات ثلاثية الأبعاد منخفضة الطاقة. بشكل أساسي، فهو يقلل من طاقة الجزيء، مما يجعله أكثر استقرارًا بسبب دفع الإلكترونات بعيدًا وصدها." يعد استقرار الجزيء بدوره خاصية مرغوبة في التطبيقات التقنية.
انظر أيضا:
