Физики выяснили, что плоские молекулы на самом деле имеют объем и мгновенную хиральность
На квантовом уровне атомы в молекулах не находятся на одном месте всегда. Ученые смогли отследить их сдвиг и показать, как динамически меняется пространственная конфигурация муравьиной кислоты.
В учебниках химии молекулы часто изображают жесткими структурами из сфер — атомов и стержней — связей между ними. Муравьиная кислота (CH2O2, HCOOH), широко используемая многими живыми организмами, на таких рисунках выглядит плоской.
Но на самом деле такие молекулы не двумерные. Объем им придают квантовые эффекты. Международная команда ученых под руководством профессора Райнхарда Дёрнера (Reinhard Dörner) определила точную пространственную структуру молекулы муравьиной кислоты и описала механизм, придающий кислоте «динамическую хиральность». Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Для тщательного исследования молекулы физики использовали рентгеновское излучение синхротрона PETRA III в ускорительном центре DESY в Гамбурге (Германия).
Чтобы добиться максимально точного определения расположения частей молекулы, ученые измеряли два процесса, происходящих при облучении вещества рентгеновским пучком. Рентген выбивает из муравьиной кислоты электроны по механизму фотоэффекта и оже-эффекта и атомы оказываются заряжены так сильно, что молекула распадается кулоновским взрывом на отдельные атомы. Оба процесса протекают в течение фемтосекунд, но ученые успели измерить их последовательно и раздельно. Для этого потребовался реакционный микроскоп COLTRIMS.
На основе полученных данных ученые рассчитали исходную геометрию молекулы муравьиной кислоты. Оказалось, что два атома водорода в муравьиной кислоте слегка колеблются, а это означает, что молекула не плоская.
«В квантовом мире атомные ядра — не крошечные сферы, застывшие на месте. Они больше похожи на вибрирующие облака. Даже если мы охладим молекулу до абсолютного нуля, это дрожание — так называемые нулевые колебания — никогда не прекращается», — сказал профессор Дернер.
Такое дрожание означает, что атомные ядра не имеют точного расположения, существует лишь вероятность обнаружить их в конкретном месте. Получается, что молекула муравьиной кислоты объемна практически в каждый момент времени.
Из-за появления третьего измерения молекула перестает быть симметричной и становится хиральной, левой или правой, как человеческие руки. Мы не можем повернуть правую руку так, чтобы она идеально повторяла левую, левые и правые молекулы организованы так же, хоть и состоят из одинаковых атомов. Левые и правые формы веществ могут значительно отличаться по свойствам. Например, у болеутоляющего ибупрофена есть лечащая форма, а есть вообще не обладающая действием на организм. Обычно эта зеркальность возникает из-за фиксированной структуры молекулы.
Новое исследование показывает, что геометрия молекул не статична. Муравьиная кислота на доли секунды становится левой или правой из-за происходящего на квантовом уровне. Плоская конфигурация молекулы — усреднение ее состояний, а не строгое отражение реальности. Форма молекулы оказалась динамической, как и хиральность. Этот вывод может помочь физикам и химикам в изучении свойств молекул и порядков протекания химических реакций.
Telegram 
Дзен 
VK В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Во всем мире во всех человеческих культурах около 90% людей пользуются преимущественно правой рукой. Такое поразительное единство практически всего человечества не имеет аналогов среди приматов и до сих пор остается эволюционной загадкой. Ученые проанализировали данные о более чем двух тысячах человекообразных обезьянах и выяснили, когда и почему праворукость стала популяционной тенденцией.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Выходя из вагона и направляясь к выходу со станции, люди склонны следовать по тому же маршруту, что и незнакомый человек, идущий непосредственно перед ними. Это происходит даже в том случае, если такой выбор приводит к увеличению времени в пути.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии