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★原子が結合・分離する様子がリアルタイムで撮影される(独英研究)

カラパイア:史上初、原子が結合・分離する様子がリアルタイムで撮影される(独英研究)2020年01月23日より転載します。
貼り付け開始

http://karapaia.com/archives/52286951.html

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Juraj Lenhard from Pixabay

 この世のあらゆるものが原子同士の結合によって作られている。太陽も、地球も、もちろん私たちもそうだ。どの物質も2つの原子が結合し、物質を形成するという化学的プロセスの賜物だ。

 世界の成り立ちには必要不可欠なこのプロセスであるが、その瞬間をカメラが捉えたことはない。それは人間の髪の毛の50万分の1という極小のスケールでの出来事なのだから無理もない。

 しかし、ある国際グループがついにその撮影に成功したという。『Science Advances』(1月17日付)で発表されたそれは、原子と原子の結合をリアルタイムで捉えた史上初の動画だ。


Atoms bonding caught on camera

2つのレニウム原子が結びつき、別れ、再び結びつく瞬間

 20秒弱の動画には、カーボンナノチューブの中を移動する2つの原子が映し出されている。

 撮影したのは、独ウルム大学と英ノッティンガム大学の研究グループ。同グループは、試験管に見立てた1~2ナノメートルのカーボンナノチューブの中に「レニウム(Re)」という原子のペアを捕捉し、透過電子顕微鏡で撮影を試みた。

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University of Nottingham

 それらはゆっくりゆっくりと歩み寄り、突然1つの塊に融合。が、やがて楕円形に歪んで跳ね回ると解離する。だが、この状態は長くは続かず、再び歩み寄ると、ついに固く結ばれた分子として落ち着いた。


原子はエネルギー的な安定を求めて結合する

 原子は、エネルギー的に安定するために互いと結合する。単一の原子だとエネルギー的にかなり不安定だ。

 しかし結合すれば、正電荷を帯びた原子と負電荷を帯びた原子は、固有の特性を備えた分子を形成することができる。

 動画のレニウム原子のペアは、チューブ内を移動しながら結合距離を変化させている。これは周囲の環境の変化に応じて原子間の結合力も強まったり弱まったりしているということなのだが、そのために結合距離が原子の大きさを超えた瞬間、結合がパッと開裂してしまう。

 だが、すぐにまた互いに引き合い、分子を再形成する。引きつけ合い結合する力が抵抗するには大きすぎるからだ。そして、最終的にはよりエネルギー的に安定したペアの状態で落ち着く。

10
University of Nottingham

 引っ付いて1つになってまた離れる。この動き、何かと似てるな。

References:Walking with atoms – chemical bond making and breaking recorded in action - University of Nottingham/ written by hiroching / edited by parumo



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貼り付け終わり、


>この世のあらゆるものが原子同士の結合によって作られている
・この様子が見られるとは凄い!
 冥土の土産ができた(^^♪



*14時追記:
初撮影! 原子の結合・分離・再結合 <newsNueq-2469>より転載します。

 INVERCE( GigaZine )
 原子が「 結合・分離・再結合 」する様子が初めて映像で捉えられる
 ------------------------------------------------------------------------------------
 https://www.inverse.com/article/62367-watch-first-video-of-atoms-bonding-breaking
 https://gigazine.net/news/20200120-video-individual-atoms-bonding-breaking/
 2020年01月20日 20時00分


 < 抜粋・抄訳 >

 原子が相互に接続しなかった場合、私たちが知っているすべてのものは存在しません。
 太陽、地球、動物、植物、― 私たちはすべて、2つの原子が結合して
 物質を形成するときの単一の化学プロセスに基づいています。

 しかし、この化学結合は髪の毛の幅の約50万分の1という
 非常に小さなスケールで発生するためこれまで観測することが出来ませんでした。

 この度、ノッティンガム大学のアンドレイ・クロビストフ教授が率いる
 国際研究チームが標本に高エネルギーの電子ビームを当てて視覚化する
 透過型電子顕微鏡( TEM )を用いて世界で初めて撮影に成功しました。

  概念図:カーボンナノチューブと2個のレニウム原子
https://i.gzn.jp/img/2020/01/20/video-individual-atoms-bonding-breaking/s01_m.png 
  https://i.gzn.jp/img/2020/01/20/video-individual-atoms-bonding-breaking/s01_m.png
  「 レニウム 」ってまさか、レーニン?
    nな馬鹿な! と思って調べてみたら、
    ライン川のラテン名 Rhenus が語源でした。。。(^o^)ゞ
    一旦は、ニッポニウム( nipponium )と命名されたこともあるそうです。
   

 直径1~2nm程度のカーボンナノチューブの中に
 2つのレニウム原子を閉じ込め、ここで原子の結合・分離する様子を撮影しています。

  テレ東NEWS
  https://youtu.be/IlJ54qk_IvY
 
  1'39"  2020/01/20


 ビデオが示すように、2つの原子が結合し、
 カーボンテストチューブの狭い廊下に沿って一緒に歩きます。
 ただし、結合の長さが原子のサイズを超えると、ある時点で結合がプッツり切れます。

 原子間の結合は、周囲の環境が変化すると変化します。
 この場合、原子がナノチューブ内をペアで移動するにつれて弱くなった。
 2つの原子は再び独立しましたが、すぐに引き寄せられて分子が再形成されました。

 結合への引力は大きすぎて抵抗できません。
 最終的に、原子はより安定した状態で存在し、ペアとしてより少ないエネルギーを発揮します。
 私たちにとっても、他のすべての問題にとっても、それは同じです。


このレニウムの挙動に関しては「」受講者なら
そのメカニズムはおわかりのハズ♪
                (^o^)b

いずれ将来、より細密な映像を得る理論・技術体系が確立された時、
そのメカニズムはだれの眼にもわかるようになることでしょう。
でもまだ100~300年はかかるかなぁ。。。。。?


1990年頃、産総研とアメリカのIBM研究施設だったかの共同研究で、
「 静止した電子 」の撮影に成功している。( が、ほとんど知られていない )
快挙。といえば、こちらの「 静止した電子 」の方が遥かに快挙だろう。
電子が静止するなどということは、一般的には考えられないからだ。
が、もちろん条件が揃えば可能である。


関連情報

  < newsNueq-251 :原子1個の内部電場の直接観察に成功 >
  < newsNueq-517 :原子を瞬時にカラフルに描き出す >
  < newsNueq-925 :一眼レフカメラで「原子」の撮影に成功 >

  < newsNueq-2464:「 量子もつれ 」を画像に記録:世界初 >
  < newsNueq-386 :磁気スピン波を利用した論理演算素子 >
  < newsNueq-1837:物体をナノスケールに縮小できる新技術、MITが開発 >

  < newsNueq-550 :ノーベル化学賞:「 二重らせん構造 」ではないDNA( +電子レンジについて ) >
  < newsNueq-1333:仙台に超弩級のX線顕微鏡 >

                                nueq

追記:貼り付け終わり、ニュークさん解説。









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