Moleküllerin gizemli dünyasını ortaya çıkaran bilim insanları onlarca yıllık bir teoriyi doğruluyor

Araştırmacılar, aromatik moleküllerde elektron yoğunluğunun eşit olmayan bir şekilde dağıldığına dair uzun süredir devam eden bir teoriyi deneysel olarak doğruladılar.

IOCB Prag, Çek Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü ve Palatski Üniversitesi Olomouc’tan araştırmacılar, moleküller ve atomlar dünyasının gizemlerini çözmede bir kez daha büyük ilerleme kaydettiler. Aromatik moleküllerde elektron yoğunluğunun eşit şekilde dağılmadığına dair uzun süredir devam eden bir teoriyi deneysel olarak doğruladılar.

Bu olay moleküllerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini ve aralarındaki etkileşimleri büyük ölçüde etkiler. Bu araştırma, yeni nanomalzemeler tasarlama olanaklarını genişletiyor ve yakın zamanda yayınlanan bir makalenin konusunu oluşturuyor. Doğa İletişimi.

Aynı yazar ekibi, daha önce yayınlanan pilot çalışmasında Bilimler Elektronların düzensiz dağılımını açıklayınız Mısırσ deliği denir. Artık araştırmacılar π deliğinin varlığını doğruladılar. Aromatik hidrokarbonlarda elektronlar, karbon atomlarının düzleminin üstündeki ve altındaki bulutlarda bulunur. Çevredeki hidrojen atomlarını daha elektronegatif atomlarla veya elektronları uzaklaştıran atom gruplarıyla değiştirirsek, başlangıçta negatif yüklü bulutlar pozitif yüklü elektron deliklerine dönüşür.

Profesör Pavel Hobza, Seçkin Başkan ve IOCB Prag Kovalent Olmayan Etkileşimler Grubu Başkanı. Kredi bilgileri: Thomas Bellon/IOCB Prag

Bilim insanları taramalı elektron mikroskobunun gelişmiş yöntemini benimsediler ve yeteneklerini daha da ileriye taşıdılar. Bu yöntem atom altı çözünürlükle çalışır ve böylece yalnızca moleküllerdeki atomları değil, aynı zamanda bir atomun elektron kabuğunun yapısını da görüntüleyebilir. Ortak yazarlardan biri olan Palatski Üniversitesi Olomouc’taki Çek İleri Teknoloji ve Araştırma Enstitüsü’nden (CATRIN) Bruno de la Torre, burada açıklanan deneyin başarısının esas olarak kendi kurumundaki mükemmel tesislerden kaynaklandığına dikkat çekiyor. ve enstitünün mükemmel doktora katılımı. öğrenciler.

“Kelvin prob kuvveti mikroskobu (KPFM) teknolojisiyle ilgili önceki deneyimimiz sayesinde, ölçümlerimizi geliştirmeyi başardık ve yalnızca yükün moleküllerde nasıl dağıtıldığına dair değil, aynı zamanda nelerin gözlemlenebileceğine ilişkin anlayışımızı da derinleştirmemize yardımcı olan çok eksiksiz veri kümeleri elde edebildik. bu tekniği kullanarak.

Deneysel ölçümler, bir π deliğinin varlığına ilişkin teorik tahminleri doğruladı. Soldan sağa: incelenen molekülün kimyasal yapısı, molekülün hesaplanmış elektrostatik potansiyel haritası, deneysel Kelvin prob kuvveti mikrografı (KPFM) ve simüle edilmiş KPFM görüntüsü. Kredi bilgileri: IOCB Prag

Modern kuvvet mikroskobu uzun zamandır Fizik Enstitüsü’ndeki araştırmacıların ilgi alanı olmuştur. Sadece moleküler yapılarda değil, benzeri görülmemiş uzaysal çözünürlüğü de sonuna kadar kullandılar. Bir süre önce, halojen atomları etrafında σ delikleri adı verilen düzensiz bir elektron yoğunluğu dağılımının varlığını doğruladılar. Bu başarı 2021 yılında tarafından yayınlandı. Bilimler. Önceki ve mevcut araştırmaya, bugün en çok alıntı yapılan Çek bilim adamlarından biri olan Çek Bilimler Akademisi (IOCB Prag) Organik Kimya ve Biyokimya Enstitüsü’nden Profesör Pavel Hobza büyük katkı sağlamıştır.

“π-deliğinin ve ondan önceki σ-deliğinin varlığının doğrulanması, onlarca yıldır her iki fenomenden de sorumlu olan kuantum kimyasının teorik tahminlerinin kalitesini tam olarak ortaya koyuyor. Mevcut deneylerin yokluğunda bile güvenilebilir” diyor Pavel Hobza.

Çek bilim adamlarının atom altı ve molekül altı düzeydeki araştırmalarının sonuçları, kozmik kara deliklerin keşfiyle karşılaştırılabilir. Varlıkları deneylerle onaylanana kadar onlarca yıl boyunca teorileştirildiler.

Elektronun yük dağılımının daha iyi bilinmesi, bilim camiasının ilk etapta birçok kimyasal ve biyolojik süreci anlamasına yardımcı olacaktır. Pratik düzeyde bu, yeni süper moleküller oluşturma ve ardından gelişmiş özelliklere sahip gelişmiş nanomateryaller geliştirme becerisine dönüşecek.

Referans: B. Mallada, M. Ondráček, M. Lamanec, A. Gallardo, A. Jiménez-Martín, B. de la Torre, P. Hobza tarafından “Moleküllerdeki bir π deliğinin Kelvin-Probe Kuvvet Mikroskobu ile görselleştirilmesi” ve B. Jelinek, 16 Ağustos 2023, Buradan ulaşabilirsiniz. Doğa İletişimi.
doi: 10.1038/s41467-023-40593-3