Ana sayfa 149. Sayı Moleküllerdeki yöresizleşmiş elektronların dağılımını tanımlayan yeni model

Moleküllerdeki yöresizleşmiş elektronların dağılımını tanımlayan yeni model

249
PAYLAŞ
Hidrojen bağının kurulması. © MIPT basın bürosu.

Çeviren: Nazlı Turan

Araştırmacılar moleküllerdeki ve kristallerdeki yöresizleşen elektronları modelin öngördüğü şekilde deneyle tespit etti. Makaleleri Acta Crystallographica’da basılan İtalya Moleküler Bilimler ve Teknoloji Ens., Moskova Fizik ve Teknoloji Ens. ve Milan Üniversitesi’nden kimyacılar, aynı yaklaşımı kullanarak metalli organik bileşiklerden biyolojik sistemlere, kimyasal bağlara yeni bakış açısı getirebilecek örnekler verdiler.

Elektronlar kuantum parçacıkları olduğu için açıkça bilinen bir noktada belirlenemez. Bu, normal nesneler için kullandığımız denklemleri elektronlar için kullanamayacağımız anlamına gelir. Bunun yerine, biliminsanları tek bir elektron yerine molekül içinde bir top gibi olan elektron bulutlarına bakar. Elektronların dağılımını hızlı ve doğru bir şekilde belirleyebilen bir matematiksel model geliştirmek modern bilimin en önemli zorlayıcılarındadır.

Çalışmanın yazarlarından Gabriele Saleh’ye göre araştırmanın orijinalliği yöresiz elektronları deney verisinden doğrudan bulabilmesinde. Şimdiye kadar, kimyanın köşe taşlarından olan elektron yöresizleşmesi, deney verileri yerine “yöresizleşme indisi” denilen bir yaklaşımla tahmin ediliyordu. Deney sonuçları, bu bilinen özelliğe yeni bir bakış açısı sağlayabilir.

Bir kristal içindeki elektron dağılımını kaynak fonksiyonu da denilen payların toplamı şeklinde hesaplayan matematiksel model 1998’de Kanadalı Richard Bader ve İtalyan Carlo Gatti tarafından önerildi. Bu bakış açısıyla, bir molekül veya kristal ayrı parçaların bütünü oluşturması olarak görülmeye başlandı. Bu yaklaşım ve destekleyici çalışmalar, hidrojen bağlarına, metallerin yaptığı bağlara ve diğer kimyasal etkileşimlere ufuk açıcı bir bakış sağladı.

2016’da araştırmacılar, Bader-Gatti yaklaşımını kullanarak kimyasal bağları doğrudan deney sonuçlarından gösterdi. Bu analizler için benzen gibi bileşiklerden gelen X-ışınları ve nötron saçılma deneylerinin verileri kullanıldı. Bu deneylerde X-ışınları doğrudan örneklere gönderildi, ışın geçtikten sonra kırıldı. Biliminsanları bu kırınımın nasıl olduğuna, hangi yönde parçacıkların saptırıldığına bakarak kristal içindeki elektron dağılımları hakkında yorum yapabildi. Dağılım elektron yoğunluğu kavramıyla tanımlandı.

Makalelerinde elektron yoğunluğundan türetilen ve X-ışını kırınımı olarak sunulan sonuçlarda, organik moleküllerdeki elektron yöresizleşmesinin zor algılanan etkileri Bader-Gatti modeliyle açıklandı. Deney sonuçları, kuantum mekaniği denklemlerine dayanan temel yasalarla oluşturulan matematiksel modelle tamamen uyum gösterdi.

Bazı durumlarda, moleküllerdeki ve kristallerdeki elektronlar herhangi bir bağla veya atomla ilişkilendirilemedi. Bu elektronlar başka bir yapıya aittiler ve yöresizleşmiş elektron olarak adlandırıldılar. Bu parçacıklar bazı moleküllerin oluşumunda anahtar rol oynar ve bu davranışları sadece kuantum kimyası (örneğin benzen molekülünde yüzük benzeri yapı oluşturan elektronlar) ile açıklanabilir.

Molekülleri ve kristalleri modellemek hem teorik bakış hem de uygulama amaçları için önemlidir. Elektronların madde içinde nasıl dağıldığını anlamak biliminsanlarının moleküller arası ilişkileri de hesaplamasına olanak sağlayacaktır. Elektron yoğunluğu bilgisi, hedef molekülü tanıyıp etki edebilecek ilaçlar geliştirilmesinde ve çeşitli moleküllerden oluşan malzemelerin özelliklerinin keşfedilmesinde büyük öneme sahiptir. Kuantum mekaniği yöntemlerinin kullanılması bilim dalları arasındaki sınırı kaldırıyor ve bileşiklerin kimyasıyla ilgili konular giderek fizik ve hesaplamalı matematik alanına giriyor.