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研究人員觀察到價(jià)電子分布。圖片來源：日本理化學(xué)研究所

日本名古屋大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)，成功觀察了有機(jī)分子最外層電子（價(jià)電子）的分布情況。由于原子之間的相互作用由價(jià)電子控制，這一成果揭示了化學(xué)鍵的基本性質(zhì)，有望促進(jìn)藥學(xué)和化學(xué)工程等領(lǐng)域的發(fā)展。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》。

原子內(nèi)電子的行為非常復(fù)雜，內(nèi)層電子稱為核心電子，不與其他原子相互作用，主要作用是穩(wěn)定原子自身；而外層電子決定了材料的大部分性質(zhì)。鑒于此，了解材料的性質(zhì)需要獲取其價(jià)電子的信息。此前人們很難通過實(shí)驗(yàn)單獨(dú)分離出價(jià)電子信息，只能依靠理論模型和光譜學(xué)進(jìn)行估計(jì)。

在最新研究中，通過在日本大型同步輻射光源SPring-8進(jìn)行的同步加速器X射線衍射實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)觀察了甘氨酸分子的價(jià)電子狀態(tài)。

團(tuán)隊(duì)觀察到的電子云并非預(yù)測(cè)的平滑形狀，而是處于破碎離散狀態(tài)。這種電子云分布證明了電子的量子力學(xué)性質(zhì)。他們隨后借助先進(jìn)的量子化學(xué)計(jì)算，證實(shí)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論預(yù)測(cè)完美匹配。

在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)對(duì)更復(fù)雜的胞苷分子進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。他們成功提取了碳雙鍵中的電子，并清楚地觀察到碳-碳和碳-氮鍵之間的差異。

這項(xiàng)研究使直接可視化化學(xué)鍵成為可能，有助于設(shè)計(jì)出新型功能材料，更深入地理解各種反應(yīng)機(jī)制。此外，研究還有助解釋藥物效果之間的差異。

（記者劉霞）