Benceno en 126 dimensiones
Científicos australianos describieron recientemente una molécula química que ha atraído su atención durante mucho tiempo. Se cree que el resultado del estudio influirá en nuevos diseños de celdas solares, diodos orgánicos emisores de luz y otras tecnologías de próxima generación que muestran el uso de benceno.
benceno compuesto químico orgánico del grupo de los arenos. Es el hidrocarburo aromático neutro carbocíclico más simple. Es, entre otras cosas, un componente del ADN, las proteínas, la madera y el aceite. Los químicos se han interesado en el problema de la estructura del benceno desde el aislamiento del compuesto. En 1865, el químico alemán Friedrich August Kekule planteó la hipótesis de que el benceno es un ciclohexatrieno de seis miembros en el que los enlaces simples y dobles se alternan entre los átomos de carbono.
Desde la década de 30, se han producido debates en los círculos químicos sobre la estructura de la molécula de benceno. Este debate ha cobrado mayor urgencia en los últimos años porque el benceno, compuesto por seis átomos de carbono unidos a seis átomos de hidrógeno, es la molécula más pequeña conocida que se puede utilizar en la producción de optoelectrónica, un área tecnológica del futuro. .
La controversia en torno a la estructura de una molécula surge porque, aunque tiene pocos componentes atómicos, existe en un estado que matemáticamente no se describe mediante tres o incluso cuatro dimensiones (incluido el tiempo), como sabemos por nuestra experiencia, sino hasta 126 tamaños.
¿De dónde salió este número? Por tanto, cada uno de los 42 electrones que componen la molécula se describe en tres dimensiones, y al multiplicarlos por el número de partículas da exactamente 126. Así que estas no son medidas reales, sino matemáticas. Hasta ahora, la medición de este sistema complejo y muy pequeño ha resultado imposible, lo que significa que no se podía conocer el comportamiento exacto de los electrones en el benceno. Y esto fue un problema, porque sin esta información no sería posible describir completamente la estabilidad de la molécula en aplicaciones técnicas.
Ahora, sin embargo, los científicos dirigidos por Timothy Schmidt del Centro ARC de Excelencia en Ciencias de Exciton y la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sydney han logrado desentrañar el misterio. Junto con sus colegas de UNSW y CSIRO Data61, aplicó un método sofisticado basado en algoritmos llamado Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) a moléculas de benceno para mapear sus funciones de longitud de onda en todos los 126 tamaños. Este algoritmo le permite dividir el espacio dimensional en "mosaicos", cada uno de los cuales corresponde a permutaciones de las posiciones de los electrones. Los resultados de este estudio fueron publicados en la revista Nature Communications.
De particular interés para los científicos fue la comprensión del giro de los electrones. “Lo que encontramos fue muy sorprendente”, señala el profesor Schmidt en la publicación. “Los electrones giratorios en el carbono están unidos por doble enlace en configuraciones tridimensionales de menor energía. Esencialmente, esto reduce la energía de la molécula, haciéndola más estable debido a que los electrones son empujados y repelidos". La estabilidad de una molécula, a su vez, es una característica deseable en las aplicaciones técnicas.
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