美高中生發表研究,打破化學界對碳原子的認知

(圖:Chris Carpineti)

根據美國奧克拉荷馬州(Oklahoma)ㄧ位高中生的計算,碳原子可與其他原子建立七個鍵結,打破了化學界過去對碳原子的認知。

這個發現的源頭可追溯到高中化學老師拉曼博士(Dr. A.K. Fazlur Rahman)去年所教授的一堂課。拉曼博士向學生講解說,碳原子一般能建立四個鍵結,但 2016 年一份最新的研究發現,在特定情況下鍵結的數目可高達六個。隨後,他問了台下的學生,是否有可能建立更多的鍵結,而這問題深深地引起了高中生王喬治(George Wang)的好奇心。

王靠著線上資源與請教鄰近大學的教授,王斌(Bin Wang),自學了 VASP 原子建模法(VASP atom modeling method),並完成了這個計算,其結果最近在《分子模型》期刊(Journal of Molecular Modeling)上刊出。

王(右)與拉曼(左)參加全國科展 credit : https://www.inverse.com/

Hypercarbon

一般會認為碳原子為四價,是由於其外層有四個電子可以與其他原子產生共價鍵來滿足「八隅體規則(Octet rule)」,達到穩定的狀態,這也是一般碳在有機化學中不可動搖的基礎原則。

但有些被稱作「Hypercarbon」,可以產生超過四個鍵的例外,早在 1950 年代就有五個鍵的發現,而 2016 年德國團隊的研究則是發現了六個鍵。

在王與他兩位指導者合作發表的論文中,說明正三價䓬(tropylium trication)中的碳理論上具有七個鍵,並且除了身為特例之外,在合成化合物與儲存氫氣上還有潛在的應用可能性。

教育困境

高中生對科學研究做出突破性發展本身便是難能可貴的事,此一事件還有個特殊之處在於,奧克拉荷馬州本身在教育的排名可說是全美倒數。四月中該州最大的教師工會才剛結束一場抗議低薪的罷工,而拉曼也表示,王的故事說明了奧克拉荷馬州需要更多的教育資助。

 

參考資料:

  1. Tayag, Y. (2018, May 07). A High Schooler Has Upended a Fundamental Chemistry Theory. Retrieved May 28, 2018.
  2. Tayag, Y. (2018, May 12). High Schooler’s Unprecedented Carbon Discovery Has Scientists Wowed. Retrieved May 28, 2018.
EA
實習編輯,初出茅廬的社會新鮮人,在生活的庸碌中探索理想、生活還有理想的生活的模樣。

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