Benzeno em 126 dimensões
Cientistas australianos descreveram recentemente uma molécula química que há muito atrai sua atenção. Acredita-se que o resultado do estudo influenciará novos projetos de células solares, diodos orgânicos emissores de luz e outras tecnologias de próxima geração que mostram o uso do benzeno.
benzeno composto químico orgânico do grupo dos arenos. É o hidrocarboneto aromático neutro carbocíclico mais simples. É, entre outras coisas, um componente do DNA, proteínas, madeira e óleo. Os químicos têm se interessado pelo problema da estrutura do benzeno desde o isolamento do composto. Em 1865, o químico alemão Friedrich August Kekule levantou a hipótese de que o benzeno é um ciclohexatrieno de seis membros em que ligações simples e duplas alternam entre átomos de carbono.
Desde a década de 30, discussões vêm acontecendo nos círculos químicos sobre a estrutura da molécula de benzeno. Esse debate ganhou maior urgência nos últimos anos porque o benzeno, composto por seis átomos de carbono ligados a seis átomos de hidrogênio, é a menor molécula conhecida que pode ser usada na produção de optoeletrônica, uma área tecnológica do futuro. .
A controvérsia em torno da estrutura de uma molécula surge porque, embora tenha poucos componentes atômicos, ela existe em um estado que é descrito matematicamente não por três ou mesmo quatro dimensões (incluindo o tempo), como sabemos por experiência, mas até 126 tamanhos.
De onde veio esse número? Portanto, cada um dos 42 elétrons que compõem a molécula é descrito em três dimensões, e multiplicando-os pelo número de partículas dá exatamente 126. Portanto, essas não são medidas reais, mas matemáticas. A medição desse sistema complexo e muito pequeno até agora se mostrou impossível, o que significava que o comportamento exato dos elétrons no benzeno não podia ser conhecido. E isso era um problema, pois sem essa informação não seria possível descrever completamente a estabilidade da molécula em aplicações técnicas.
Agora, no entanto, cientistas liderados por Timothy Schmidt do ARC Centre of Excellence in Exciton Science e da University of New South Wales, em Sydney, conseguiram desvendar o mistério. Juntamente com colegas da UNSW e CSIRO Data61, ele aplicou um método sofisticado baseado em algoritmo chamado Voronoi Metropolis Dynamic Sampling (DVMS) a moléculas de benzeno para mapear suas funções de comprimento de onda em todos os 126 tamanhos. Este algoritmo permite dividir o espaço dimensional em "ladrilhos", cada um dos quais corresponde a permutações das posições dos elétrons. Os resultados deste estudo foram publicados na revista Nature Communications.
De particular interesse para os cientistas foi a compreensão do spin dos elétrons. “O que encontramos foi muito surpreendente”, observa o professor Schmidt na publicação. “Os elétrons spin-up no carbono são ligados duplamente em configurações tridimensionais de baixa energia. Essencialmente, isso diminui a energia da molécula, tornando-a mais estável devido aos elétrons serem empurrados e repelidos." A estabilidade de uma molécula, por sua vez, é uma característica desejável em aplicações técnicas.
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