O moleculă ciudată are proprietăți rare pe care chimiștii nu le-au mai văzut niciodată

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

Cercetătorii au creat o moleculă ciudată, neobișnuit de „răsucită”, cu o structură electronică nemaivăzută până acum.

Noua arhitectură moleculară, numită „topologie half-Möbius”, reprezintă, după cum spune coautorul Igor Rončević, „încă un parametru pe care îl putem ajusta pentru a crea și controla materia”, extinzând în același timp înțelegerea fundamentală a fizicii și chimiei.

O bandă Möbius este obținută prin răsucirea unei panglici cu 180 de grade și unirea capetelor, rezultând o suprafață continuă unică. Această geometrie neobișnuită are implicații importante și în chimie, mai ales în ceea ce privește distribuția electronilor în molecule.

În mod obișnuit, electronii sunt localizați în jurul unui atom sau al unei legături. Însă în anumiți compuși ciclici, numiți inele conjugate, electronii se pot deplasa liber pe întreaga structură, deasupra și dedesubtul planului atomic. Această „delocalizare” le conferă moleculelor o stabilitate mai mare decât ar fi de așteptat și le influențează proprietăți precum culoarea, comportamentul optic sau reactivitatea.

Oamenii de știință au creat o moleculă ciudată, cu proprietăți nemaiîntâlnite

În cazul unei molecule de tip Möbius, orbitalii electronici sunt răsuciți cu 180 de grade în punctul unde se întâlnesc capetele. Electronii pot circula în continuare prin întreaga moleculă, dar, în zona de îmbinare, anumite proprietăți se anulează reciproc, ceea ce duce la comportamente complet diferite față de moleculele obișnuite.

„Se credea că acestea sunt singurele două opțiuni. Dar descoperirea noastră arată că există și o a treia variantă, o rotație de doar 90 de grade”, a explicat Rončević, citat de Live Science.

Pentru a obține această moleculă ciudată, echipa, coordonată împreună cu Leo Gross, de la IBM Zurich (Elveția), a creat două sisteme conjugate într-un singur inel format din 13 atomi de carbon. Doi atomi de clor, poziționați strategic, au separat aceste sisteme și au distribuit inegal electronii: o parte a inelului conținea 13 electroni, iar cealaltă doar 11.

Problema este că electronii tind să formeze perechi. Pentru a realiza acest lucru, molecula „se răsucește” spontan cu 90 de grade, un atom de clor este împins în sus, iar celălalt în jos, astfel încât cele două sisteme să se alinieze și să poată împărți electronii.

Rezultatul este o singură structură cu 24 de electroni, care prezintă proprietăți electronice și magnetice complet noi, diferite atât de cele ale moleculelor clasice, cât și de cele de tip Möbius.

Ce urmăresc cercetătorii pentru viitor?

Această răsucire limitată duce și la apariția a două variante ale moleculei, numite enantiomeri. Practic, molecula poate exista în două forme oglindite, asemănătoare mâinii stângi și mâinii drepte, un fenomen cunoscut drept chiralitate, extrem de important în chimie, inclusiv în dezvoltarea medicamentelor sau a materialelor optoelectronice.

Interesant este că cercetătorii au reușit să transforme o formă în cealaltă aplicând o tensiune electrică mică, un proces foarte dificil de realizat prin metode chimice tradiționale.

Pentru a înțelege această structură complexă, echipa a folosit calcule avansate, inclusiv computere cuantice de ultimă generație. Rezultatele au fost publicate în revista Science.

Pe viitor, cercetătorii intenționează să exploreze mai departe acest tip de arhitecturi moleculare. „Am creat o moleculă cu o structură electronică complet nouă și vrem să vedem ce alte posibilități există. Am putea extinde conceptul către mai multe răsuciri half-Möbius sau chiar structuri împletite”, a spus Gross.

Vă recomandăm să citiți și:

Inteligența implică o coordonare a întregului creier, dezvăluie un studiu

Durerea cronică schimbă modul în care creierul percepe sunetele, indică un studiu

Colorantul natural produs de o ciupercă amazoniană poate fi folosit în cosmetice, arată un studiu

Oamenii de știință au descoperit apărarea ascunsă a creierului împotriva bolii Alzheimer