Le benzène en 126 dimensions
Des scientifiques australiens ont récemment décrit une molécule chimique qui retient depuis longtemps leur attention. On pense que le résultat de l'étude influencera de nouvelles conceptions de cellules solaires, de diodes électroluminescentes organiques et d'autres technologies de prochaine génération qui montrent l'utilisation du benzène.
benzène composé chimique organique du groupe des arènes. C'est l'hydrocarbure aromatique neutre carbocyclique le plus simple. C'est, entre autres, un composant de l'ADN, des protéines, du bois et de l'huile. Les chimistes se sont intéressés au problème de la structure du benzène depuis l'isolement du composé. En 1865, le chimiste allemand Friedrich August Kekule a émis l'hypothèse que le benzène est un cyclohexatriène à six chaînons dans lequel des liaisons simples et doubles alternent entre les atomes de carbone.
Depuis les années 30, il y a eu un débat dans les milieux chimiques sur la structure de la molécule de benzène. Ce débat a pris une acuité accrue ces dernières années car le benzène, composé de six atomes de carbone liés à six atomes d'hydrogène, est la plus petite molécule connue pouvant être utilisée dans la production de l'optoélectronique, un domaine technologique d'avenir. .
La controverse entourant la structure d'une molécule surgit parce que, bien qu'elle ait peu de composants atomiques, elle existe dans un état qui est mathématiquement décrit non pas par trois ou même quatre dimensions (dont le temps), comme nous le savons par expérience, mais jusqu'à 126 tailles.
D'où vient ce numéro ? Par conséquent, chacun des 42 électrons qui composent la molécule est décrit en trois dimensions, et les multiplier par le nombre de particules donne exactement 126. Ce ne sont donc pas des mesures réelles, mais mathématiques. La mesure de ce système complexe et très petit s'est jusqu'à présent révélée impossible, ce qui signifiait que le comportement exact des électrons dans le benzène ne pouvait pas être connu. Et c'était un problème, car sans ces informations, il ne serait pas possible de décrire complètement la stabilité de la molécule dans les applications techniques.
Maintenant, cependant, des scientifiques dirigés par Timothy Schmidt du Centre d'excellence ARC en science de l'excitation et de l'Université de la Nouvelle-Galles du Sud à Sydney ont réussi à percer le mystère. Avec des collègues de l'UNSW et du CSIRO Data61, il a appliqué une méthode sophistiquée basée sur un algorithme appelée Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) aux molécules de benzène pour cartographier leurs fonctions de longueur d'onde sur toutes les 126 tailles. Cet algorithme vous permet de diviser l'espace dimensionnel en "tuiles", chacune correspondant à des permutations des positions des électrons. Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Nature Communications.
La compréhension du spin des électrons intéressait particulièrement les scientifiques. "Ce que nous avons trouvé était très surprenant", note le professeur Schmidt dans la publication. « Les électrons de spin-up dans le carbone sont à double liaison dans des configurations tridimensionnelles à plus faible énergie. Essentiellement, cela abaisse l'énergie de la molécule, la rendant plus stable en raison du fait que les électrons sont repoussés et repoussés." La stabilité d'une molécule, à son tour, est une caractéristique souhaitable dans les applications techniques.
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