Неправильная молекула притягивает учёных к новым магнитам
Словосочетание «неметаллический магнит» звучит практически так же, как «стеклянный молоток». Но о шагах учёных навстречу этим притягательным во всех смыслах материалам систематично что-нибудь, да сообщается. Всё вследствие того что лёгкие и недорогие магниты человеку весьма необходимы.
И вот свежая новость.
Американские доценты-химики, в частности Пол Вентольд (Paul Wenthold из университета Purdue и Анна Крылов (Anna Krylov) из университета Южной Калифорнии (USC) в первый раз нашли органическую молекулу, предстоящее изучение которой может привести к созданию неметаллических магнитов.
Это — радикальная молекула. «Радикалы», каковые содержат неспаренные электроны, считаются более реактивными, чем простые молекулы. Они прославились, в первую очередь, благодаря так называемым «свободным радикалам», каковые, пребывав в кровеносной совокупности человека, смогут повредить здоровые клетки.
Но отечественный «храбрец» в организме людей не видится.
Так вот, анализ радикальной молекулы углеводорода, совершённый при помощи массовой спектрометрии, продемонстрировал, что её электроны ведут себя вопреки известным правилам, в частности — правилу Хунда (Hund?s rule). Тем, кто опытным химиком не есть, осмыслить это правило будет непросто. Но однако мы его тут кратко приведём:
При распределении электронов по орбиталям в пределах одного подуровня сумма спиновых чисел электронов должна быть большой. Орбитали сперва заполняются по одному электронами с параллельными поясницами, а позже электронами с противоположными поясницами.
Мало сложновато, да. Дальше мало несложнее. Молекула, о которой идёт обращение, носит незатейливое наименование 5-дегидро-м-ксилилен (5-не-m-xylylene).
Другие источники именуют её и вовсе 5-дегидро-1,3-квинодиметан (5-dehydro-1,3-quinodimethane). К счастью, имеется для неё и сокращение — DMX.
Полу Вентольду и Анне Крылов предстоит ещё продолжительно изучить открытую ими молекулу.
И, значит, DMX примечательна тем, что имеет в основании три неспаренных электрона (не смотря на то, что таким свойством владеют и другие молекулы), тем, что в ней совсем отсутствует металл, и тем, что один из трёх электронов «наблюдает» в противоположном направлении если сравнивать с остальными.
Вот то, как электроны устраиваются около ядер в атомах молекулы, и вся комбинация этих, с позволения сообщить, параметров делает DMX неповторимой в собственном роде.
Доцент Вентольд говорит, это «исключение из правил», необычная структура необыкновенной молекулы, может оказать помощь химикам осознать, где искать другие «странности».
А однофамилица баснописца Анна сообщила практически следующее: «Люди уже давно пробуют делать магниты из хороших от металлов материалов, типа полимеров. А потому, что магнетизм связан с поведением неспаренных электронов, отечественная молекула имела возможность бы употребляться, как обычный блок для постройки таких полимеров, и привести, тем самым, к созданию молекулярных неметаллических магнитов».
Работу доцентов финансировал американский Национальный фонд науки (NSF). Директор химических программ этого фонда Тирон Митчелл (Tyrone Mitchell) большое количество знает о преимуществах неметаллических магнитов:
«В случае если мы сможем отыскать метод намагнитить, к примеру, углеводороды, то они весили бы меньше, чем привычные магниты. Это сделало бы их привлекательными для космонавтики и других коммерческих областей применения, в которых вес очень важен.
А так как неметаллические магниты делались бы из более недорогого материла, сам процесс их изготовления был бы лёгким и менее затратным. Разумеется, что такие магниты, в конечном счёте, сэкономили бы деньги».
Вентольд и Крылов, со своей стороны, подчёркивают, что до таковой экономии ещё далековато: «Мы всё ещё многого не знаем о молекулах этого типа. У нас долгий перечень шагов, каковые предстоит сделать, наподобие сравнения особенностей данной молекулы с теми, каковые не имеют неспаренных электронов, обращённых в разных направлениях.
Но найденные нами неповторимые особенности сами по себе воображают громадной интерес».
Как же так? Для чего же необходимо было огород городить?
Для чего было морочить голову читателю реактивными радикалами, правилом Хунда и 5-дегидро-1,3-квинодиметаном, в случае если всё в теории, и неметаллические магниты маячат где-то в долговременной возможности?
Пол Вентольд и Тамара Мюнш (Tamara Munsch — она-то тут причём?) показывают на папках, чем отличаются разнонаправленные электроны — правая стопка (фото news.uns.purdue.edu).
Гм. Во-первых, открытие американских доцентов напомнило о таковой превосходной и несуществующей штуке, как неметаллические магниты. Во-вторых, их достижение позволяет понять, что кое-какие удачи на этом поприще у учёных бывают.
В-третьих, необходимо подчеркнуть, что о первом органическом магните, правильнее — о молекулярном ферромагнетизме, американцы Джоэль Миллер (Joel S. Miller) и Артур Эпштейн (на данный момент. J. Epstein) рапортуют ещё с конца 1980-х.
Позже уже в начале 1990-х о подобном достижении сказали японцы, после этого французы и без того потом.
Но все эти магниты действующий при каких-то безумных условиях, к примеру, при температуре, близкой к безотносительному нулю. Мало кому по душе пришлась такая альтернатива привычным магнитам.
А вот Вентольд и Крылов смогут выстроить из собственных молекул-блоков кое-что вправду притягательное. Теоретически, само собой разумеется.
