Bensen mewn 126 o ddimensiynau
Disgrifiodd gwyddonwyr Awstralia yn ddiweddar moleciwl cemegol sydd wedi denu eu sylw ers amser maith. Credir y bydd canlyniad yr astudiaeth yn dylanwadu ar ddyluniadau newydd o gelloedd solar, deuodau allyrru golau organig a thechnolegau cenhedlaeth nesaf eraill sy'n dangos y defnydd o bensen.
bensen cyfansoddyn cemegol organig o'r grŵp o arenau. Dyma'r hydrocarbon aromatig niwtral carbocyclic symlaf. Mae'n, ymhlith pethau eraill, yn elfen o DNA, proteinau, pren ac olew. Mae cemegwyr wedi bod â diddordeb yn y broblem o strwythur bensen ers ynysu'r cyfansoddyn. Ym 1865, roedd y cemegydd Almaenig Friedrich August Kekule yn rhagdybio bod bensen yn seiclohecsatrîn chwe-aelod lle mae bondiau sengl a dwbl bob yn ail rhwng atomau carbon.
Ers y 30au, bu dadl mewn cylchoedd cemegol am strwythur y moleciwl bensen. Mae'r ddadl hon wedi cymryd mwy o frys yn y blynyddoedd diwethaf oherwydd bensen, sy'n cynnwys chwe atom carbon wedi'u bondio i chwe atom hydrogen, yw'r moleciwl lleiaf hysbys y gellir ei ddefnyddio i gynhyrchu optoelectroneg, maes technoleg y dyfodol. .
Mae'r ddadl ynghylch strwythur moleciwl yn codi oherwydd, er nad oes ganddo lawer o gydrannau atomig, mae'n bodoli mewn cyflwr a ddisgrifir yn fathemategol nid gan dri neu hyd yn oed pedwar dimensiwn (gan gynnwys amser), fel y gwyddom o'n profiad, ond hyd at 126 maint.
O ble daeth y rhif hwn? Felly, mae pob un o’r 42 electron sy’n ffurfio’r moleciwl yn cael ei ddisgrifio mewn tri dimensiwn, ac mae eu lluosi â nifer y gronynnau yn rhoi union 126. Felly nid mesuriadau real yw’r rhain, ond mesuriadau mathemategol. Mae mesur y system gymhleth a bach iawn hon wedi bod yn amhosibl hyd yma, a olygai nad oedd union ymddygiad yr electronau mewn bensen yn hysbys. Ac roedd hyn yn broblem, oherwydd heb y wybodaeth hon ni fyddai'n bosibl disgrifio'n llawn sefydlogrwydd y moleciwl mewn cymwysiadau technegol.
Nawr, fodd bynnag, mae gwyddonwyr dan arweiniad Timothy Schmidt o Ganolfan Ragoriaeth ARC mewn Gwyddoniaeth Exciton a Phrifysgol De Cymru Newydd yn Sydney wedi llwyddo i ddatrys y dirgelwch. Ar y cyd â chydweithwyr yn UNSW a CSIRO Data61, cymhwysodd ddull soffistigedig yn seiliedig ar algorithm o'r enw Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) i foleciwlau bensen i fapio eu swyddogaethau tonfedd yn gyffredinol. 126 maint. Mae'r algorithm hwn yn eich galluogi i rannu'r gofod dimensiwn yn "teils", y mae pob un ohonynt yn cyfateb i amnewidiadau o leoliadau'r electronau. Cyhoeddwyd canlyniadau'r astudiaeth hon yn y cyfnodolyn Nature Communications.
O ddiddordeb arbennig i wyddonwyr oedd y ddealltwriaeth o sbin electronau. “Roedd yr hyn a ganfuom yn syndod mawr,” noda’r Athro Schmidt yn y cyhoeddiad. “Mae'r electronau sy'n deillio o garbon wedi'u bondio'n ddwbl i ffurfweddau tri dimensiwn ynni is. Yn y bôn, mae'n gostwng egni'r moleciwl, gan ei wneud yn fwy sefydlog oherwydd bod yr electronau'n cael eu gwthio i ffwrdd a'u gwrthyrru." Mae sefydlogrwydd moleciwl, yn ei dro, yn nodwedd ddymunol mewn cymwysiadau technegol.
Gweler hefyd:
