|
Молекулы в форме шара встречаются во Вселенной
|
|
|
|
Долгое время предполагалось, что фуллерен и его производные могут естественным образом образовываться во Вселенной. Это большие молекулы углерода, имеющие форму футбольного мяча, салатницы или нанотрубки. Международная группа исследователей, использующая швейцарский источник синхротронного света SLS в PSI, показала, как работает эта реакция. Результаты только что были опубликованы в журнале Nature Communications. «Мы — звездная пыль, мы — золото. Мы — углерод возрастом в миллиард лет». В песне, которую они исполнили в Вудстоке, американская группа Crosby, Stills, Nash & Young резюмировала, из чего, по сути, состоят люди: из звездной пыли. Любой человек, хоть немного разбирающийся в астрономии, может подтвердить слова культовой американской группы — и планеты, и мы, люди, на самом деле состоим из пыли сгоревших сверхновых и соединений углерода возрастом миллиарды лет. Вселенная — это гигантский реактор, и понимание этих реакций означает понимание происхождения и развития Вселенной, а также того, откуда произошли люди.
|
|
|
|
В прошлом образование фуллеренов и их производных во Вселенной было загадкой. Эти молекулы углерода в форме футбольного мяча, чаши или небольшой трубки были впервые созданы в лаборатории в 1980-х годах. В 2010 году инфракрасный космический телескоп Spitzer обнаружил молекулы C60 с характерной формой футбольного мяча, известные как buckyballs, в планетарной туманности Tc 1. Таким образом, они являются самыми большими молекулами из обнаруженных на сегодняшний день, которые существуют во Вселенной за пределами Земли. Наша Солнечная система. Но как они на самом деле формируются там? Группа исследователей из Гонолулу (США), Майами (США) и Тяньцзиня (Китай) завершила важный этап реакции в формировании молекул при активной поддержке PSI и вакуумного ультрафиолетового (ВУФ) луча синхротронного света. источник Swiss SLS. «PSI предлагает уникальное экспериментальное оборудование, поэтому мы решили сотрудничать с Патриком Хембергером в PSI», — говорит Ральф Кайзер из Гавайского университета в Гонолулу, ведущий международный исследователь в этой области.
|
|
|
Патрик Хембергер, ученый, работающий над линией ВУФ-излучения в PSI, построил мини-реактор для наблюдения за образованием фуллерена в режиме реального времени. Кораннуленовый радикал (C20H9) создается в реакторе при температуре 1000 градусов Цельсия. Эта молекула выглядит как салатница, как будто ее вырезали из бакибола C60. Этот радикал очень реакционноспособен. Он реагирует с винилацетиленом (C4H4), который осаждает слой углерода на ободе чаши. «Повторяя этот процесс много раз, молекула вырастала бы в торец нанотрубки. Нам удалось продемонстрировать это явление в компьютерном моделировании», — объясняет Александр Мебель, профессор химии Международного университета Флориды и один из авторов исследования. изучать. Но это была не единственная цель исследователей: «Мы хотели показать, что такой тип реакции физически возможен», — добавляет Ральф Кайзер.
|
|
|
|
В результате реакции образуются разные изомеры — молекулы, имеющие одинаковую массу, но немного различающиеся по структуре. При стандартной масс-спектрометрии все эти варианты дают одинаковый сигнал. Но результат отличается при использовании фотоэлектронной спектроскопии фотоионных совпадений, метода, принятого командой. «С помощью этого метода структура кривой измерения позволяет делать выводы о каждом отдельном изомере», — объясняет Патрик Хембергер. «Вселенная состоит из диких джунглей молекул и химических реакций — не все из них можно четко классифицировать по сигналам телескопов», — говорит Ральф Кайзер. Мы уже знаем из моделей, что во Вселенной существуют и кораннулен, и винилацетилен. Теперь стало возможным подтвердить, что эти молекулы действительно образуют строительные блоки для фуллерена. «Вот почему эксперимент в PSI так ценен для нас». Но успешная публикация в Nature Communications — это еще не конец истории. Исследователи хотят провести больше экспериментов, чтобы понять, как во Вселенной образуются классические фуллерены, молекулы фуллерена в форме футбольного мяча с 60 атомами углерода и мельчайшие нанотрубки с еще большим количеством атомов.
|
|
|
|
Источник
|
