periodická tabulka
autor: Offnfopt, zdroj: Wikipedia, licence obrázku public domain

Podivnosti: V benzenu na sobě závisí násobnost vazby a spin elektronu

126 dimenzí vlnové funkce elektronů v aromatickém kruhu.
Málo molekul je prozkoumáno tak detailně jako benzen, i zde však je stále co objevovat. Vědci z několika institucí (Exciton Science, UNSW a CSIRO) nyní tvrdí, že jejich studie přináší z hlediska výzkumu struktury benzenu největší novinky za posledních 90 let.
Takže první podivnost, autoři výzkumu tvrdí, že elektrony v molekule benzenu existují ve 126 dimenzích – respektive jejich stav dokážeme kompletně popsat ne méně než těmi 126 parametry. Proč zrovna toto číslo? Zřejmě: Vlnová funkce všech elektronů jako celku je součinem tří rozměrů a počtu elektronů (6 x 6 za uhlík + 6 za vodík, u uhlíku započítáváme tedy nejen valenční elektrony).
Takový systém až dosud nikdo nezvládl výpočetně; kompletní popis elektronů přitom mj. může určovat i to, zda je v dané situaci molekula benzenu vůbec stabilní. Timothy Schmidt, Phil Kilby a jejich kolegové nyní ve studii publikované v Nature Communications tvrdí, že přišli s metodou umožňující zmapovat příslušnou vlnovou funkci; má jít o tzv. algoritmus DVMS (dynamic Voronoi Metropolis sampling). V zásadě je to způsob, jak mnohodimenzionální prostor rozdělit a počítat jednotlivé „výseky“ odděleně.
Opravdu šokující má být následující závěr studia elektronů v benzenu: elektrony tvořící dvojné vazby mají spin jednoho typu, elektrony v jednoduchých vazbách opačně. Tímto způsobem se prý navzájem se odpuzující elektrony od sebe maximálně vzdálí, „jsou si z cesty“ a celková energie molekuly se sníží (PH: ? jak souvisí spin a vzdálenost/elektromagnetické působení). Teď se ovšem zbývá autorů výzkumu zeptat, jak to vlastně myslí – vždyť ve škole se učíme, že benzen právě není molekula, kde by se jednoduché a dvojné vazby střídaly, ale molekula s identickými „jedenapůltými“ vazbami a delokalizovanými Pí elektrony. Což se projevuje třeba tím, že na rozdíl od alkenů s dvojnou vazbou na benzenu neprobíhá nukleofilní adice (např. sloučení s chlorem za zániku dvojné vazby). Jak potom závěry studie máme vůbec chápat?
Výsledky by mohly podle autorů přitom mít i praktický význam, protože molekuly na bázi benzenu se používají např. v solárních článcích a dalších optoelektronických aplikacích.
Navíc se jako cenný může ukázat i příslušný algoritmus, protože by měl usnadnit výpočty v systémech s velkým počtem dimenzí.

Yu Liu et al. The electronic structure of benzene from a tiling of the correlated 126-dimensional wavefunction, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15039-9
Zdroj: ARC Centre of Excellence in Exciton Science/Phys.org

Nyní obrázek toho, jak má vlastně vlnová funkce vypadat. Verze a) a b) je „normální benzen“, elektrony mají náhodné spiny. Verze c) a d) je výpočet vlnové funkce podle metody DVMS. Žluté a zelené tečky vyjadřují spiny opačné orientace. Na pohled to nedává moc smysl (trojné vazby), nicméně kolem uhlíku jsou asi znázorněny i nevalenční elektrony. Credit: Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15039-9

Pro zájemce: původní studie je na Nature k dispozici ve formě open access.

Samice žijí déle

Průměrný rozdíl v délce života mezi pohlavími je u většiny savců zřejmě vyšší než u …

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close