科学家首次清楚观察分子反应过程中原子键

2013年06月03日 11:46   新浪科技 微博   
这是一个含有碳原子的环状分子,图片显示了其重新排列前后的形态,右边即两种最常见的反应产物。比例尺为3埃(即埃格斯特朗Angstrom,符号Å,一般用于表示原子半径、键长和可见光波长,1Å=0.1纳米)。  这是一个含有碳原子的环状分子,图片显示了其重新排列前后的形态,右边即两种最常见的反应产物。比例尺为3埃(即埃格斯特朗Angstrom,符号Å,一般用于表示原子半径、键长和可见光波长,1Å=0.1纳米)。
反应之前,银表面上的反应物分子。反应之前,银表面上的反应物分子。
反应产物2是该反应中两种最常见的产物之一。反应产物2是该反应中两种最常见的产物之一。
反应产物3是该反应中另一种最常见的产物。反应产物3是该反应中另一种最常见的产物。
反应产物4是一个意想不到的产物分子。反应产物4是一个意想不到的产物分子。
研究团队预测了反应产物5的存在,但实际上该分子只占了反应混合物中不到1%。研究团队预测了反应产物5的存在,但实际上该分子只占了反应混合物中不到1%。

  新浪科技讯 北京时间6月3日消息,这是科学家第一次以原子级的分辨率捕捉到分子反应过程的图像。图像中分子的原子键看起来与化学课本中的棒状图几乎一模一样。直到现在,科学家都还只能推断分子的结构。实验中的分子由26个碳原子和14个氢原子组成,利用原子力显微镜,我们可以清楚看到分子中各个原子之间的原子键,其长度只有几埃(埃,符号Å,一般用于表示原子半径、键长和可见光波长,1Å=0.1纳米)。有关的研究结果在线发表在5月30日的《科学》(Science)上。

  研究团队一开始是准备精确地组装以石墨烯制成的纳米结构。石墨烯是一种单层材料,由碳原子以六边形重复排列而成。要组成这样的蜂窝形状,需要将链状分子中的原子重新排列成六边形。反应的产物包括好几种不同的分子。加州大学伯克利分校的化学家菲利克斯·费舍尔(Felix Fischer)及其同事希望通过分子成像技术保证实验正确进行。

  为了记录石墨烯的形成过程,费舍尔需要一个强大的成像设备,最后他找到了物理学家迈克尔·克罗米(Michael Crommie)在加州大学伯克利分校的实验室,那里有一台原子力显微镜。非接触式原子力显微镜利用一个非常精细的探针来读取分子产生的电性力,当探针在分子表面附近移动时,会因不同的电荷量而发生偏移,从而构建出原子及原子键的图像。

  利用这项技术,研究团队不仅获得了碳原子的图像,也清晰地看到了原子之间的原子键。他们将一个环状的碳分子结构置于银板上,加热至分子发生重排,之后进行冷却并冻结反应产物。检测发现,反应后出现了三种意料之外的分子产物,及一种之前科学家预测会出现的分子。(任天)

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