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研究人员观察到价电子分布。图片来源:日本理化学研究所

研究人员观察到价电子分布。图片来源:日本理化学研究所

日本名古屋大学科学家领导的团队通过实验,成功观察了有机分子最外层电子(价电子)的分布情况。由于原子之间的相互作用由价电子控制,这一成果揭示了化学键的基本性质,有望促进药学和化学工程等领域的发展。相关论文发表于最新一期《美国化学学会杂志》。

原子内电子的行为非常复杂,内层电子称为核心电子,不与其他原子相互作用,主要作用是稳定原子自身;而外层电子决定了材料的大部分性质。鉴于此,了解材料的性质需要获取其价电子的信息。此前人们很难通过实验单独分离出价电子信息,只能依靠理论模型和光谱学进行估计。

在最新研究中,通过在日本大型同步辐射光源SPring-8进行的同步加速器X射线衍射实验,团队观察了甘氨酸分子的价电子状态。

团队观察到的电子云并非预测的平滑形状,而是处于破碎离散状态。这种电子云分布证明了电子的量子力学性质。他们随后借助先进的量子化学计算,证实了实验结果和理论预测完美匹配。

在此基础上,团队对更复杂的胞苷分子进行了类似的实验和计算。他们成功提取了碳双键中的电子,并清楚地观察到碳-碳和碳-氮键之间的差异。

这项研究使直接可视化化学键成为可能,有助于设计出新型功能材料,更深入地理解各种反应机制。此外,研究还有助解释药物效果之间的差异。

(记者刘霞)

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编辑:方琳
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