Bilim insanları, aromatik moleküllerdeki elektron yoğunluğunun tekdüze olmayan dağılımına ilişkin onlarca yıllık bir teoriyi doğrulayarak yeni nanomateryal tasarlama olanaklarını genişletti. Bu araştırma, önceki çalışmalarının üzerine inşa edilmiş ve atom altı çözünürlük için gelişmiş taramalı elektron mikroskobundan yararlanmıştır.
Araştırmacılar, elektron yoğunluğunun aromatik moleküllerde eşit olmayan bir şekilde dağıldığını öne süren uzun süredir devam eden bir teoriyi deneysel olarak doğruladılar.
{8 }IOCB Prag, Çek Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü ve Palacký Üniversitesi Olomouc’tan araştırmacılar, moleküller ve atomlar dünyasının gizemlerini ortaya çıkarmada bir kez daha önemli ilerlemeler kaydettiler. Elektron yoğunluğunun aromatik moleküllerde eşit şekilde dağılmadığını öne süren uzun süredir devam eden bir teoriyi deneysel olarak doğruladılar.
Bu olay, moleküllerin fizikokimyasal özelliklerini ve etkileşimlerini önemli ölçüde etkiler. Bu araştırma, yeni nanomateryal tasarlama olanaklarını genişletiyor ve Nature Communications’da kısa süre önce yayınlanan bir makalenin temasını oluşturuyor.
Aynı yazarlardan oluşan ekip, Science’da yayınlanan önceki çığır açıcı çalışmasında, düzgün olmayan dağılımı tanımladı. Bir atomdaki elektronların sayısına σ-deliği denir. Artık araştırmacılar π deliği denilen şeyin varlığını doğruladılar. Aromatik hidrokarbonlarda, karbon atomlarının düzleminin üstünde ve altındaki bulutlarda elektronlar buluruz. Çevresel hidrojenleri daha elektronegatif atomlarla veya elektronları uzaklaştıran atom gruplarıyla değiştirirsek, başlangıçta negatif yüklü bulutlar pozitif yüklü elektron deliklerine dönüşür.
Prof. Pavel Hobza, Seçkin Başkan ve IOCB Prag Kovalent Olmayan Etkileşimler grubunun başkanı. Katkı Sağlayan: Tomáš Belloň / IOCB Prag
Bilim insanları, taramalı elektron mikroskobunun gelişmiş yöntemini benimsediler ve bu yöntemin yeteneklerini daha da ileriye taşıdılar. Yöntem atom altı çözünürlükte çalışıyor ve bu nedenle yalnızca moleküllerdeki atomları değil aynı zamanda bir atomun elektron kabuğunun yapısını da görüntüleyebiliyor. Katılan araştırmacılardan biri olan Palacký Üniversitesi Olomouc’un Çek İleri Teknoloji ve Araştırma Enstitüsü’nden (CATRIN) Bruno de la Torre, burada açıklanan deneyin başarısının esas olarak kendi kurumundaki mükemmel tesislere ve mükemmel doktora katılımı. öğrenciler.
“Kelvin Prob Kuvvet Mikroskobu (KPFM) tekniğiyle ilgili önceki deneyimlerimiz sayesinde, ölçümlerimizi hassaslaştırabildik ve çok eksiksiz veri kümeleri elde edebildik; bu, yalnızca yükün moleküllerde nasıl dağıtıldığı ve aynı zamanda teknikle hangi gözlemlenebilir bilgilerin elde edildiği hakkında” diyor Bruno de la Torre.
Deneysel ölçümler, π’nin varlığına ilişkin teorik tahminleri doğruladı. -delik. Soldan sağa: İncelenen molekülün kimyasal yapısı, molekülün hesaplanan elektrostatik potansiyel haritası, deneysel Kelvin prob kuvvet mikroskobu (KPFM) görüntüsü ve simüle edilmiş KPFM görüntüsü. Katkı Sağlayan: IOCB Prag
Modern kuvvet mikroskobu, uzun zamandır Fizik Enstitüsü’ndeki araştırmacıların ilgi alanı olmuştur. Sadece moleküler yapılar söz konusu olduğunda eşi benzeri görülmemiş uzaysal çözünürlüğü sonuna kadar kullanmışlar. Bir süre önce, halojen atomları etrafında σ delikleri adı verilen elektron yoğunluğunun düzgün olmayan bir dağılımının varlığını doğruladılar. Bu başarı 2021’de Science tarafından yayınlandı. Önceki ve mevcut araştırmalara, günümüzün en çok alıntı yapılan Çek bilim adamlarından biri olan Çek Bilimler Akademisi (IOCB Prag) Organik Kimya ve Biyokimya Enstitüsü’nden Prof. Pavel Hobza önemli katkılarda bulunmuştur.
{8 }“π-deliğinin ve ondan önceki σ-deliğinin varlığının doğrulanması, kuantum kimyasının onlarca yıldır her iki fenomeni de açıklayan teorik tahminlerinin kalitesini tam olarak göstermektedir. Bu, mevcut deneylerin yokluğunda bile bunlara güvenilebileceğini gösteriyor,” diyor Pavel Hobza.
Çek bilim adamlarının atom altı ve molekül altı düzeylerdeki araştırmalarının sonuçları, kozmik kara deliklerin keşfiyle karşılaştırılabilir. . Ayrıca, varlıkları deneylerle onaylanana kadar onlarca yıldır teorileştirilmişlerdi.
Elektron yükünün dağılımına ilişkin daha iyi bir bilgi, bilim camiasının ilk etapta birçok kimyasal ve biyolojik süreci anlamasına yardımcı olacaktır. Pratik düzeyde, bu, yeni supramoleküller oluşturma becerisine ve daha sonra iyileştirilmiş özelliklere sahip gelişmiş nanomateryallerin geliştirilmesine dönüşecektir.
Referans: “Kelvin prob kuvveti mikroskobu aracılığıyla moleküllerdeki π-deliğinin görselleştirilmesi” ” Yazan: B. Mallada, M. Ondráček, M. Lamanec, A. Gallardo, A. Jiménez-Martín, B. de la Torre, P. Hobza ve P. Jelínek, 16 Ağustos 2023, Nature Communications.
{16 }DOI: 10.1038/s41467-023-40593-3