Khám phá
Khám phá khoa học
Dựng được cấu trúc điện tử của benzen, hợp chất với electron tồn tại ở 126 chiều khác nhau
Dựng được cấu trúc điện tử của benzen, hợp chất với electron tồn tại ở 126 chiều khác nhau
Bài toán khó đã làm khoa học đau đầu bao năm nay đã có lời giải, tạo nên bước đột phá trong ngành quang điện tử học.
Năm 1825, Michael Faraday khám phá ra sự tồn tại của benzen khi ngưng tụ khí phát sáng. Đã từ lâu, ta hiểu rõ cấu trúc nguyên tử của benzen nhưng từ hồi thập niên 30 tới giờ, khoa học vẫn cứ tranh cãi xem cấu trúc điện tử của benzen như thế nào. Nếu bạn chưa biết, thì trong hóa học lượng tử, “cấu trúc điện tử” là trạng thái vận động của electron nằm trong một trường tĩnh điện tạo ra bởi nhiều hạt nhân nằm cố định.
Cấu trúc nguyên tử của benzen.
Khám phá được cấu trúc điện tử của benzen, ta sẽ có viên gạch nền xây nên tương lai của ngành phát triển vật liệu quang điện tử học.
Cấu trúc nguyên tử của benzen như sau: là một vòng bao gồm 6 nguyên tử carbon và 6 nguyên tử hydro, gắn với nhau thành từng đôi. Thế nhưng việc benzen có 42 electron khiến cho việc nghiên cứu cấu trúc điện tử của nó gặp trở ngại.
“Hàm toán học mô tả electron của benzen cho thấy nó có tới 126 chiều”, nhà hóa học Timothy Schmidt cho hay. “Có nghĩa rằng hàm này có tới 126 giá trị tọa độ, 3 giá trị cho mỗi electron trong tổng số 42. Các electron không hoạt động độc lập, nên không thể tách hàm ra thành 42 hàm 3 chiều được”.
Theo lời nhà nghiên cứu Schmidt, thì câu trả lời của máy tính không dễ hiểu chút nào, nên các nhà khoa học phải tự tìm ra phương cách để có được đáp án.
Hàm toán học mô tả electron của benzen cho thấy nó có tới 126 chiều.
Họ phải dùng toán học để mô tả cấu trúc điện tử của benzen, và công thức cần tính toán tới toàn bộ 126 chiều cần tính. Nghe đã thấy phức tạp, và bản chất vấn đề cũng quả thật hóc búa; ấy chính là lý do vì sao khoa học đã cãi vã suốt chục năm qua. Thậm chí có người còn đặt câu hỏi liệu electron trong benzen có thực sự hoạt động để mà đi giải bài toán khó này không.
Có hai hướng suy nghĩ: một bên cho rằng benzen hoạt động dựa trên thuyết hóa trị, với các electron hoạt động bình thường (electron đã định xứ - localized, hoạt động trong một phạm vi nhất định); bên còn lại cho rằng benzen tuân theo thuyết phân tử vệ tinh, các electron đã bất định xứ, vượt ra ngoài khuôn khổ và vươn ra những nguyên tử lân cận.
Vấn đề hóc búa ở đây: cả hai thuyết trên đều không lý giải được cấu trúc điện tử của benzen.
Vậy là cần một cách giải thích mới, và kỹ thuật “lấy mẫu động Voronoi Metropolis” đã cho các nhà nghiên cứu một lối thoát. Bằng những thuật toán mô tả được chức năng sóng của một hệ nhiều electron, họ đã giải được bài toán khó.
Thuật toán mới phân tách được các chiều electron thành các sơ đồ Voronoi, với mỗi khung chỉ ra một tọa độ của electron, cho phép đội ngũ nghiên cứu vẽ được sơ đồ chức năng sóng của toàn bộ 126 chiều. Và rồi họ phát hiện ra điều kỳ lạ, thay đổi suy nghĩ của khoa học về benzen.
Ví dụ về sơ đồ Vonoroi.
Nghiên cứu chỉ ra rằng electron sẽ “tránh mặt” nhau mỗi khi chúng có cơ hội, khiến năng lượng bên trong phân tử giảm, từ đó khiến cấu trúc benzen ổn định hơn trước.
“Về cơ bản, khám phá này nối liền được những nhận định trước đây về tính chất hóa học của benzen, cho chúng tôi thấy rằng hai mô hình sẵn có đang mô tả benzen có thể khớp vào được với nhau”, giáo sư Schmidt nói.
“Và giờ chúng tôi cũng đã biết cách quan sát tương quan electron - tức là cách các electron tránh mặt nhau ra sao. Điều này đã luôn bị bỏ qua, khi mà các tính toán trước kia chỉ được áp dụng khi năng lượng biến đổi, chứ không tính tới hoạt động điện diễn ra bên trong”.
Nghiên cứu mới được đăng tải trên Nature.
Bí quyết sút phạt đền hoàn hảo
Phương án tối ưu cho cầu thủ sút phạt đền là nhắm lấy một điểm rồi đá vào, đồng thời coi như thủ môn không tồn tại.
Dấu hiệu biển nước khổng lồ tồn tại dưới lớp vỏ Trái đất
Các nhà khoa học Canada cho biết họ đã phát hiện một khoáng chất cực hiếm chứng tỏ từng có sự tồn tại của một biển nước khổng lồ dưới lớp vỏ của Trái đất.
Có thể bạn chưa biết: Thuốc súng ra đời trong lúc bào chế thuốc trường sinh
Mọi người đều thích pháo hoa - ánh sáng, màu sắc và tất nhiên là cả tiếng nổ lớn. Nhưng lịch sử của pháo hoa không phải chỉ là sự ăn mừng.
Những phong tục tình dục kỳ lạ trên thế giới
Nhiều phong tục tình dục kỳ lạ có từ lâu đời vẫn đang diễn ra ở nhiều dân tộc trên thế giới cho dù cánh cửa nối họ với thế giới hiện đại đã mở ra rất nhiều.
Truyện cổ tích không chỉ là tưởng tượng?
Trẻ em trên khắp thế giới đều yêu thích chuyện cổ tích. Những câu chuyện có cốt truyện gắn liền với phép thuật và ma quỷ, các chàng hoàng tử đẹp trai và các nàng công chúa hoặc thiếu nữ xinh đẹp, luôn khơi gợi trí tưởng tượng phong phú và cuốn bọn trẻ vào thế giới thần tiên.
Viễn cảnh thế giới năm 2030
Tị nạn khí hậu ở Nam Cực, đại dịch cướp đi hàng triệu sinh mạng, mỗi quốc gia chỉ còn cố đấu tranh để sinh tồn, thế giới năm 2030 có thể sẽ như thế theo cảnh báo của nhiều chuyên gia.
