Gli scienziati hanno confermato una teoria vecchia di decenni sulla distribuzione non uniforme della densità elettronica nelle molecole aromatiche, ampliando le possibilità di progettazione di nuovi nanomateriali. Questa ricerca si basa sul lavoro precedente e utilizza la microscopia elettronica a scansione avanzata per l’analisi subatomica.
I ricercatori hanno verificato sperimentalmente una teoria di vecchia data che presuppone che la densità elettronica sia distribuita in modo non uniforme nelle molecole aromatiche.
I ricercatori dell’IOCB di Praga, dell’Istituto di fisica dell’Accademia ceca delle scienze e dell’Università Palatske Olomouc hanno fatto ancora una volta grandi progressi nello svelare i segreti del mondo delle molecole e degli atomi. Hanno verificato sperimentalmente una teoria di lunga data che suggerisce che la densità elettronica non è distribuita uniformemente nelle molecole aromatiche.
Questo fenomeno influenza notevolmente le proprietà fisiche e chimiche delle molecole e le loro interazioni. Questa ricerca amplia le possibilità di progettazione di nuovi nanomateriali ed è oggetto di un articolo appena pubblicato Comunicazioni sulla natura.
Lo stesso team di autori del precedente studio pionieristico pubblicato nel Scienze Descrivere la distribuzione irregolare degli elettroni in… mais, il cosiddetto buco σ. Ora i ricercatori hanno confermato l’esistenza del cosiddetto π-hole. Negli idrocarburi aromatici troviamo gli elettroni nelle nubi sopra e sotto il livello degli atomi di carbonio. Se sostituiamo gli atomi di idrogeno circostanti con atomi più elettronegativi o gruppi di atomi che allontanano gli elettroni, le nubi originariamente cariche negativamente si trasformano in lacune elettroniche caricate positivamente.
Il professor Pavel Hobza, illustre presidente e capo del gruppo di reazioni non covalenti presso l’IOCB di Praga. Credito: Thomas Bellon / IOCB Praga
Gli scienziati hanno adottato il metodo avanzato della microscopia elettronica a scansione e ne hanno spinto ulteriormente le capacità. Questo metodo funziona a risoluzione subatomica, quindi può visualizzare non solo gli atomi nelle molecole, ma anche la struttura del guscio elettronico di un atomo. Come sottolinea uno dei co-investigatori, Bruno de la Torre dell’Istituto ceco di tecnologia avanzata e ricerca (CATRIN) dell’Università Palatske di Olomouc, il successo dell’esperimento qui descritto è dovuto principalmente alle eccellenti strutture del suo istituto di origine e l’eccellente dottorato di ricerca dell’istituto. studenti.
“Grazie alla nostra precedente esperienza con la tecnologia di microscopia a forza di sonda Kelvin (KPFM), siamo stati in grado di migliorare le nostre misurazioni e ottenere set di dati molto completi che ci hanno aiutato ad approfondire la nostra comprensione non solo di come viene distribuita la carica nelle molecole. Ma anche di ciò che le cose possono osservato utilizzando questa tecnica.
Le misurazioni sperimentali hanno confermato le previsioni teoriche dell’esistenza di un π-hole. Da sinistra a destra: struttura chimica della molecola studiata, mappa del potenziale elettrostatico calcolata della molecola, micrografia sperimentale della forza della sonda Kelvin (KPFM) e immagine KPFM simulata. Credito: IOCB Praga
La moderna microscopia a forza è stata per lungo tempo dominio dei ricercatori dell’Istituto di Fisica. Non solo nel caso delle strutture molecolari, è stata utilizzata in misura maggiore una risoluzione spaziale senza precedenti. Qualche tempo fa hanno confermato l’esistenza di una distribuzione non uniforme della densità elettronica attorno agli atomi di alogeno, le cosiddette buche σ. Questo risultato è stato pubblicato nel 2021 da Scienze. Alla ricerca precedente e attuale ha contribuito in modo significativo uno degli scienziati cechi più citati oggi, il professor Pavel Hobza dell’Istituto di chimica organica e biochimica dell’Accademia ceca delle scienze (IOCB di Praga).
“La conferma dell’esistenza del buco π, così come del buco σ che lo precede, dimostra pienamente la qualità delle previsioni teoriche della chimica quantistica, che è stata responsabile di entrambi i fenomeni per decenni. su cui si fa affidamento anche in assenza di esperimenti disponibili”, afferma Pavel Hobza. .
I risultati delle ricerche degli scienziati cechi a livello subatomico e submolecolare possono essere paragonati alla scoperta dei buchi neri cosmici. Sono stati anche teorizzati per decenni prima che la loro esistenza fosse confermata sperimentalmente.
Una migliore conoscenza della distribuzione della carica degli elettroni aiuterà la comunità scientifica a comprendere molti processi chimici e soprattutto biologici. A livello pratico, ciò si tradurrà nella capacità di costruire nuove supermolecole e successivamente sviluppare nanomateriali avanzati con proprietà migliorate.
Riferimento: “Visualizzazione dei fori π nelle molecole mediante microscopia a forza di sonda Kelvin” di B. Mallada, M. Ondráček, M. Lamanec, A. Gallardo, A. Jiménez-Martín, B. de la Torre, P. Hobza e B . . Jelinek, 16 agosto 2023, Comunicazioni sulla natura.
doi: 10.1038/s41467-023-40593-3
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