Dolar 13,7033
Euro 15,5541
Altın 785,05
BİST 2.005
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 13 °C
Sağanak Yağışlı

Bir Atomda Homojen Olmayan Elektron Yükü Dağılımının İlk Gözlemi

12.11.2021
57
Bir Atomda Homojen Olmayan Elektron Yükü Dağılımının İlk Gözlemi
Atom Üzerindeki Homojen Olmayan Elektron Yükü Dağılımı

Tek bir ksenon (Xe) atomu ile işlevselleştirilmiş bir tarama mikroskobunun özel olarak modifiye edilmiş bir ucunu kullanarak bir moleküldeki bir brom (Br) atomu üzerindeki sigma deliğini görselleştirmeyi mümkün kılan deneyin prensibini gösteren şematik görünüm. Üstte: tek ksenon (Xe) atomlu tarama mikroskobunun ucunun şematik görünümü. Merkez: Kelvin prob prensibini kullanan bir tarama mikroskobu aracılığıyla elde edilen sigma deliğinin deneysel bir gösterimi. Altta: bir negatif elektron tüyü (kırmızı alan) ile çevrili atomun (mavi taç) üzerindeki pozitif bir yük tarafından oluşturulan sigma deliğini (bir brom atomu üzerindeki homojen olmayan atomik yük dağılımı) gösteren elektrostatik potansiyel haritası. Kredi bilgileri: FZU/DRAWetc

Şimdiye kadar, atom altı yapıları gözlemlemek, doğrudan görüntüleme yöntemlerinin çözümleme yeteneklerinin ötesindeydi ve bunun değişmesi olası görünmüyordu. Bununla birlikte, Çek bilim adamları, bir halojen etrafında homojen olmayan bir elektron yük dağılımını gözlemleyen dünyada ilk oldukları bir yöntem sundular. Böylece atom teorik olarak tahmin edilen ancak hiçbir zaman doğrudan gözlemlenmeyen bir olgunun varlığını doğrular. İlk gözlemle karşılaştırılabilir. Bu buluş, kimyasal reaksiyonların yanı sıra tek tek atomlar veya moleküller arasındaki etkileşimlerin anlaşılmasını kolaylaştıracak ve çeşitli fiziksel, biyolojik ve kimyasal sistemlerin malzeme ve yapısal özelliklerinin iyileştirilmesi için bir yol açacaktır.

Palacký Üniversitesi Olomouc’un Çek İleri Teknoloji ve Araştırma Enstitüsü’nden (CATRIN), Çek Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü’nden (FZU), Çek Bilimler Akademisi Organik Kimya ve Biyokimya Enstitüsü’nden bilim adamları, disiplinler arası kapsamlı bir işbirliği içinde (IOCB Prag) ve VSB – Ostrava Teknik Üniversitesi’ndeki IT4 Inovations Süper Hesaplama Merkezi, birkaç yıl önce insanoğlunun tek tek atomları görüntülemesini sağlayan ve böylece atomik seviyenin ötesine geçerek atom altı seviyeye geçen tarama mikroskobunun çözünürlük yeteneklerini önemli ölçüde artırmayı başardı.

Bilim adamları, ilk kez, sigma deliği adı verilen halojen elementlerin tek atomları üzerinde asimetrik bir elektron yoğunluğu dağılımını doğrudan gözlemlediler. Bunu yaparken, varlığını kesin olarak doğruladılar, yaklaşık 30 yıl önce teorik olarak tahmin ettiler ve bilimin uzun süredir devam eden zorluklarından birinin üstesinden geldiler.

Teori ve Deney Atom Üzerinde Homojen Olmayan Elektron Yükü Dağılımı

Teorik tahmin ve deney sonuçlarının karşılaştırılması. Kredi: Tomas Bellon / IOCB Prag

“Teorik olarak tahmin edilen sigma deliklerinin varlığını doğrulamak, genel görelilik teorisi tarafından 1915’te öngörülmesine rağmen, sadece iki yıl öncesine kadar hiç görülmemiş olan kara delikleri gözlemlemekten farklı değil. Bu anlamda bakıldığında, katı maddelerin yüzeyindeki moleküler yapıların fiziksel ve kimyasal özellikleri, sigma deliğinin görüntülenmesinin atom seviyesinde benzer bir dönüm noktasını temsil ettiğini söylemek abartı olmaz” diye açıklıyor FZU ve CATRIN’den Pavel Jelínek.

Şimdiye kadar, birbirini itmesi gereken molekül birbirine yakındır ve dolayısıyla birbirini çeker, sigma-deliği olarak bilinen fenomenin varlığı, halojen bağı olan X-ışını kristal yapıları tarafından dolaylı olarak gösterilmişti. Bu gözlem, bu atomların homojen bir negatif yük taşıdığı ve elektrostatik kuvvet yoluyla birbirlerini ittiği öncülüyle bariz bir çelişki içindeydi.

Bu, bilim adamlarını Kelvin prob kuvveti mikroskobu kullanarak halojenin atom altı yapısını incelemeye yöneltti. Kelvin sondasının atomik çözünürlüğünün mekanizmasını açıklayan bir teori geliştirerek başladılar, bu da sigma deliklerini görüntülemek için deneysel koşulları optimize etmelerine izin verdi. Deneysel ölçümlerin ve ileri kuantum kimyasal yöntemlerin müteakip kombinasyonu, dikkate değer bir atılımla sonuçlandı – homojen olmayan bir elektron yoğunluğu yük dağılımının, yani bir sigma deliğinin ilk deneysel görselleştirilmesi ve halojen bağları kavramının kesin olarak doğrulanması.

Uç probunu tek bir ksenon atomu ile işlevsel hale getirerek Kelvin prob kuvvet mikroskopisinin duyarlılığını geliştirdik, bu da bir bromlu tetrafenilmetan molekülü içindeki bir brom atomundaki homojen olmayan yük dağılımını, yani bir sigma deliğini görselleştirmemize izin verdi. CATRIN ve FZU’dan Bruno de la Torre, “gerçek uzay ve teorik öngörüyü onaylayın” diyor.

“Sigma deliğini ilk gördüğümde kesinlikle şüpheciydim, çünkü bu, mikroskopların çözünürlük sınırını atom altı seviyeye kadar aştığımızı ima ediyordu. Bunu kabul ettiğimde, hem deneyin sınırlarını zorlamaya olan katkımızla gurur duydum hem de diğer araştırmacıların daha ileri gitmesi ve bu bilgiyi tek atom seviyesinde yeni etkiler keşfetmede kullanmaları için bir yol açtığım için memnun oldum” diye ekliyor. de la Torre.

Bilim adamlarına göre, tek tek atomlar üzerinde homojen olmayan bir elektron yoğunluğu yük dağılımını görüntüleme yeteneği, diğer şeylerin yanı sıra, tek tek moleküllerin reaktivitesinin ve çeşitli moleküler yapıların düzenlenmesinin nedeninin daha iyi anlaşılmasına yol açacaktır. Jelínek, “Atomik çözünürlükle görüntülemenin kimya, fizik ve biyoloji dahil olmak üzere çeşitli bilim alanları üzerinde bir etkisi olacağını söylemenin güvenli olduğunu düşünüyorum” diyor.

“Hayatım boyunca kovalent olmayan etkileşimler üzerinde çalıştım ve daha önce yalnızca teoride “görebildiğimiz” bir şeyi şimdi gözlemleyebilmemiz ve deneysel ölçümlerin, evrenin varlığına ve şekline ilişkin teorik öncülümüzü kesin olarak doğrulaması bana büyük memnuniyet veriyor. sigma deliği. Ostrava’daki IT4 Inovations’ta süper bilgisayarlar üzerinde gelişmiş kuantum kimyasal hesaplamaları gerçekleştiren IOCB Prag’dan hesaplamalı kimyager Pavel Hobza, bu etkileşimleri daha iyi anlamamıza ve yorumlamamıza izin verecek. “Gördüğümüz şey, halojen bağlarının ve kovalent olmayan etkileşimlerin genel olarak yalnızca biyolojide değil, aynı zamanda malzeme biliminde de baskın bir rol oynadığıdır. Bu, Science’daki mevcut makalemizi daha da önemli kılıyor,” diye ekliyor Hobza.

Sigma deliğinin karakteristik şekli, negatif elektron yoğunluğuna sahip bir kemerle çevrili pozitif yüklü bir taç tarafından oluşturulur. Bu homojen olmayan yük dağılımı, diğer şeylerin yanı sıra moleküler kristal mühendisliği de dahil olmak üzere supramoleküler kimyada ve biyolojik sistemlerde önemli bir rol oynayan bir halojen bağının oluşumuna yol açar.

Atomlar üzerindeki elektron yük dağılımının kesin bir bilgisi, kimyasal reaksiyonlar da dahil olmak üzere tek tek atomlar ve moleküller arasındaki etkileşimlerin anlaşılması için gereklidir. Böylece yeni görüntüleme yöntemi, günlük yaşamı etkileyen birçok fiziksel, biyolojik ve kimyasal sistemin malzeme ve yapısal özelliklerinin iyileştirilmesine kapı aralıyor.

Referans: B. Mallada, A. Gallardo, M. Lamanec, B. de la Torre, V. Špirko, P. Hobza ve P. Jelinek, 12 Kasım 2021, Science.
DOI: 10.1126/science.abk1479

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.