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Los investigadores registran la ruptura de un solo enlace químico: “Increíble”

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Les chercheurs ont mesuré les forces mécaniques appliquées pour rompre une liaison entre le monoxyde de carbone et la phtalocyanine de fer, qui apparaît sous la forme d’une croix symétrique dans les images de microscope à sonde à balayage prises avant et après la rupture de la fianza. Crédito: Pengcheng Chen et al.

Usando técnicas avanzadas de microscopía para Universidad de Princeton, los investigadores han registrado la ruptura de un solo enlace químico entre un carbono átomo y un átomo de hierro en diferentes moléculas.

El equipo utilizó un microscopio de fuerza atómica (AFM) de alta resolución que operaba en un entorno controlado en el Centro de Análisis e Imágenes de Princeton. La sonda AFM, cuya punta termina con un solo átomo de cobre, se acercó gradualmente al enlace hierro-carbono hasta que se rompió. Los investigadores midieron las fuerzas mecánicas aplicadas en el momento de la falla, que era visible en una imagen capturada bajo un microscopio. Un equipo de la Universidad de Princeton, la Universidad de Texas-Austin y ExxonMobil informó los resultados en un artículo publicado el 24 de septiembre de 2021 en Comunicación de la naturaleza.

“Es una imagen asombrosa: poder ver una sola molécula pequeña en una superficie con otra unida a ella es asombroso”, dijo el coautor Craig Arnold, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de Susan Dod Brown y director del Instituto de Materiales de Princeton Ciencia y Tecnología (PRISM).

“El hecho de que podamos caracterizar este vínculo en particular, tanto tirando de él como empujándolo, nos permite comprender mejor la naturaleza de este tipo de vínculos, su fuerza, su interacción, y eso tiene todo tipo de implicaciones, especialmente para catálisis, donde tienes una molécula en una superficie y luego algo interactúa con ella y hace que se descomponga ”, dijo Arnold.

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Nan Yao, investigador principal del estudio y director del Centro de Análisis e Imágenes de Princeton, señaló que los experimentos también revelaron cómo la ruptura de enlaces afecta las interacciones de un catalizador con la superficie en la que se absorbe. El diseño mejorado de los catalizadores químicos es relevante para la bioquímica, la ciencia de los materiales y las tecnologías energéticas, agregó Yao, quien también es profesor en ejercicio e investigador principal en PRISM.

En los experimentos, el átomo de carbono era parte de una molécula de monóxido de carbono y el átomo de hierro provenía de la ftalocianina de hierro, un pigmento común y un catalizador químico. La ftalocianina de hierro está estructurada como una cruz simétrica, con un solo átomo de hierro en el centro de un complejo de anillos conectados basados ​​en nitrógeno y carbono. El átomo de hierro interactúa con el carbono del monóxido de carbono, y el hierro y el carbono comparten un par de electrones en un tipo de enlace covalente conocido como enlace dativo.

Yao y sus colegas utilizaron la punta de la sonda a escala atómica del instrumento AFM para romper el enlace hierro-carbono controlando con precisión la distancia entre la punta y las moléculas unidas, hasta incrementos de 5 picómetros (5 mil millonésimas de milímetro). La ruptura ocurrió cuando la punta estaba 30 picómetros por encima de las moléculas, una distancia que es aproximadamente una sexta parte del ancho de un átomo de carbono. A esta altura, la mitad de la molécula de ftalocianina de hierro se volvió más borrosa en la imagen AFM, lo que indica el punto en el que se rompió el enlace químico.

Los investigadores utilizaron un tipo de AFM conocido como sin contacto, en el que la punta del microscopio no contacta directamente con las moléculas que se están estudiando, sino que utiliza cambios en la frecuencia de vibraciones a pequeña escala para construir una imagen de la superficie del moléculas.

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Al medir estos cambios de frecuencia, los investigadores también pudieron calcular la fuerza necesaria para romper el enlace. Una punta de sonda de cobre estándar rompió el enlace hierro-carbono con una fuerza de atracción de 150 piconewtons. Con otra molécula de monóxido de carbono unida a la punta, el enlace fue cortado por una fuerza repulsiva de 220 piconewtons. Para profundizar en la base de estas diferencias, el equipo utilizó métodos de simulación cuántica para modelar los cambios en las densidades de electrones durante las reacciones químicas.

El trabajo aprovecha La tecnología AFM avanzó por primera vez en 2009 para visualizar enlaces químicos simples. La rotura controlada de un enlace químico utilizando un sistema AFM fue más difícil que estudios similares de formación de enlaces.

“Es un gran desafío mejorar nuestra comprensión de cómo se pueden llevar a cabo reacciones químicas manipulando átomos, es decir, con la punta de un microscopio de sonda de barrido”, dijo Leo Gross, que dirige el grupo de investigación de manipulación de átomos y moléculas en IBM. Research en Zurich, y fue el autor principal del 2009 para estudiar quien resolvió por primera vez la estructura química de una molécula por AFM.

Al romper un enlace particular con diferentes puntas que utilizan dos mecanismos diferentes, el nuevo estudio ayuda a “mejorar nuestra comprensión y control de la escisión de enlaces mediante la manipulación de átomos”. Se suma a nuestro conjunto de herramientas para la química manipulada por átomos y representa un paso adelante en la fabricación de moléculas diseñadas de complejidad creciente ”, agregó Gross, que no participó en el estudio.

Las experiencias son extremadamente sensibles a las vibraciones externas y otros factores de confusión. El instrumento AFM especializado del Centro de imágenes y análisis está alojado en un entorno de alto vacío, y los materiales se enfrían a una temperatura de 4 Kelvin, unos pocos grados por encima. cero absoluto, utilizando helio líquido. Estas condiciones controladas dan medidas precisas al garantizar que los estados de energía y las interacciones de las moléculas solo se vean afectados por manipulaciones experimentales.

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“Necesita un sistema realmente bueno y limpio porque esta reacción puede ser muy complicada, con tantos átomos involucrados, es posible que no sepa qué enlace está rompiendo en una escala tan pequeña”, dijo Yao. “El diseño de este sistema simplificó todo el proceso y aclaró lo desconocido” al romper un enlace químico, dijo.

Referencia: “Rompiendo un vínculo dativo con fuerzas mecánicas” por Pengcheng Chen, Dingxin Fan, Yunlong Zhang, Annabella Selloni, Emily A. Carter, Craig B. Arnold, David C. Dankworth, Steven P. Rucker, James R. Chelikowsky y Nan Yao, 24 de septiembre de 2021, Comunicación de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-021-25932-6

Los autores principales del estudio fueron Pengcheng Chen, investigador asociado de PRISM, y Dingxin Fan, estudiante de doctorado en la Universidad de Texas-Austin. Además de Yao, otros autores correspondientes fueron Yunlong Zhang de ExxonMobil Research and Engineering Company en Annandale, Nueva Jersey, y James R. Chelikowsky, profesor de UT Austin. Además de Arnold, los otros coautores de Princeton fueron Annabella Selloni, profesora de química David B. Jones, y Emily Carter, profesora Gerhard R. Andlinger ’52 en energía y medio ambiente. Los otros coautores de ExxonMobil fueron David Dankworth y Steven Rucker.

Este trabajo fue apoyado en parte por ExxonMobil a través de su membresía en Princeton E-ffiliates Partnership del Andlinger Center for Energy and the Environment. El Centro de Imágenes y Análisis de la Universidad de Princeton cuenta con el apoyo en parte del Centro de Materiales Complejos de Princeton, un centro de investigación de ingeniería y ciencia de los materiales de la Fundación Nacional de Ciencias. La Fundación Welch y el Departamento de Energía de EE. UU. Proporcionaron apoyo adicional.

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Nueva tripulación atraca en la primera estación espacial permanente de China: NPR

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Una imagen de pantalla capturada en el Centro de Control Aeroespacial de Beijing en Beijing el sábado muestra a los astronautas chinos Ye Guangfu (de izquierda a derecha), Zhai Zhigang y Wang Yaping saludando después de ingresar a la estación espacial china.

Tian Dingyu / Xinhua vía AP


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Tian Dingyu / Xinhua vía AP

Una imagen de pantalla capturada en el Centro de Control Aeroespacial de Beijing en Beijing el sábado muestra a los astronautas chinos Ye Guangfu (de izquierda a derecha), Zhai Zhigang y Wang Yaping saludando después de ingresar a la estación espacial china.

Tian Dingyu / Xinhua vía AP

BEIJING – Los astronautas chinos comenzaron su misión de seis meses a la primera estación espacial permanente de China el sábado, luego de atracar con éxito su nave espacial.

Los astronautas, dos hombres y una mujer, fueron vistos flotando alrededor del módulo antes de hablar a través de un video en vivo.

La nueva tripulación incluye a Wang Yaping, de 41 años, quien es la primera mujer china en abordar la estación espacial Tiangong, y se espera que se convierta en la primera mujer en caminar por el espacio en China.

“Cooperaremos entre nosotros, realizaremos maniobras con cuidado y trataremos de completar todas las tareas con éxito en este ciclo de exploración del universo”, dijo Wang en el video.

La nave espacial del viajero espacial Shenzhou-13 fue lanzada por un cohete Long March-2F a las 12:23 a.m. del sábado y atracó en el módulo central Tianhe de la estación espacial a las 6:56 a.m.

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Los tres astronautas ingresaron al módulo central de la estación alrededor de las 10 a.m., dijo la Agencia Espacial Tripulada de China.

Son la segunda tripulación en ingresar a la estación espacial Tiangong de China, que se lanzó en abril pasado. La primera tripulación se quedó durante tres meses.

La nueva tripulación incluye a dos veteranos de viajes espaciales: Zhai Zhigang, de 55 años, y Wang. El tercer miembro, Ye Guangfu, de 41 años, está en su primer viaje al espacio.

Al lanzamiento de la misión asistieron una banda militar y simpatizantes que corearon “Oda a la Patria”, lo que subraya el orgullo nacional por el programa espacial, que ha crecido rápidamente en los últimos años.

La tripulación realizará tres caminatas espaciales para instalar equipos para la expansión de la estación, evaluar las condiciones de vida en el módulo Tianhe y realizar experimentos en medicina espacial y otros campos.

El programa espacial liderado por el ejército de China planea enviar varias tripulaciones a la estación durante los próximos dos años para que sea completamente funcional.

Cuando se complete con la adición de dos secciones más, llamadas Mengtian y Wentian, la estación pesará alrededor de 66 toneladas, mucho más pequeña que la Estación Espacial Internacional, que lanzó su primer módulo en 1998 y pesa alrededor de 450 toneladas.

Se espera que se lancen dos módulos chinos más antes de fines del próximo año durante la estadía de la tripulación del Shenzhou-14, que aún no se ha nombrado.

El Ministerio de Relaciones Exteriores de China renovó el viernes su compromiso de cooperar con otros países en el uso pacífico del espacio.

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El portavoz Zhao Lijian dijo que enviar humanos al espacio era una “causa común de la humanidad”. China “continuará expandiendo la profundidad y amplitud de la cooperación e intercambio internacional” en vuelos espaciales tripulados y “hará contribuciones positivas a la exploración de los misterios del universo”, dijo.

China fue excluida de la Estación Espacial Internacional en gran parte debido a las objeciones de Estados Unidos a la naturaleza secreta del programa chino y sus estrechos vínculos militares, lo que la llevó a lanzar dos módulos experimentales antes de comenzar con la estación permanente.

Esta combinación de imágenes de pantalla capturadas en el Centro de Control Aeroespacial de Beijing muestra la nave espacial con tripulación Shenzhou-13 china atracada en la estación espacial china.

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Tian Dingyu / Xinhua vía AP

La ley de EE. UU. Requiere la aprobación del Congreso para los contactos entre los programas espaciales de EE. UU. Y China, pero China está cooperando con expertos espaciales de otros países, incluidos Francia, Suecia, Rusia e Italia. Los funcionarios chinos han dicho que esperan dar la bienvenida a astronautas de otros países a bordo de la estación espacial una vez que esté completamente funcional.

China ha lanzado siete misiones tripuladas con un total de 14 astronautas a bordo, dos han volado dos veces, desde 2003, cuando se convirtió en el tercer país después de la ex Unión Soviética y Estados Unidos en enviar una persona al espacio por su cuenta.

China también ha extendido su trabajo en la exploración lunar y marciana, incluido el aterrizaje de un rover en el lado opuesto de la luna, poco explorado, y el regreso de las rocas lunares a la Tierra por primera vez desde la década de 1970.

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Este año, China también aterrizó su sonda espacial Tianwen-1 en Marte, cuyo rover Zhurong acompañante exploró evidencia de vida en el Planeta Rojo.

Otros programas espaciales chinos exigen recolectar tierra de un asteroide y traer muestras lunares adicionales. China también ha expresado su aspiración de llevar gente a la Luna y posiblemente construir una base científica allí, aunque no se ha propuesto un cronograma para tales proyectos. Según se informa, también se está desarrollando un avión espacial altamente secreto.

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Meteorito se estrella contra la cama de una mujer dormida

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(NEXSTAR) – Uno canadiense Una mujer está agradecida de estar viva después de que un meteoro rasgó el techo de su casa el 3 de octubre y apenas la echó de menos.

(Ruth Hamilton)

“Todo sucedió muy rápido”, dijo a Nexstar Ruth Hamilton de Golden, BC. “El perro ladró, y luego creo que en dos minutos el meteoro golpeó mi techo”.

Hamilton supuso que su pastor australiano de 5 años, Toby, pudo haber escuchado el paso del meteorito a través de la atmósfera antes de estrellarse contra su techo de hojalata alrededor de las 11:35 p.m.

El trozo de meteorito que golpeó el techo parecía una explosión, pero al principio Hamilton, de 66 años, no tenía idea de lo que había sucedido, solo que tenía polvo de pared seca por toda la cara y un gran agujero en el techo.

No fue hasta que llamó al 911 que se dio cuenta de lo que había sucedido.

“Le di la vuelta a la almohada superior y la roca estaba allí, se deslizó entre las dos almohadas”, dijo. “Él tampoco se recuperó, así que probablemente sea algo bueno”.

(Ruth Hamilton)

Hamilton dijo que no manejó mucho el meteorito para preservarlo lo más posible y se puso guantes de goma cuando lo recogió.

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“Es muy pesado, es bastante suave. Parece arena negra comprimida porque se quema al pasar por la atmósfera ”, dijo. “Pensando que tiene miles de millones de años, que ha estado orbitando la Tierra durante tanto tiempo”.

Hamilton dijo que prestó el meteorito a la Universidad de Western Ontario durante un mes para que los investigadores pudieran probarlo. Un equipo de la Western University y la Universidad de Calgary está analizando actualmente el meteorito y pregúntale a cualquiera que tenga cámaras de vigilancia en la zona para comprobar sus imágenes.

“Estamos pidiendo a los residentes de Golden, Kelowna y Cranbrook y de todos los lugares intermedios que revisen las cámaras de seguridad de sus hogares y empresas lo antes posible, ya que algunos pueden eliminar automáticamente archivos importantes en los próximos días”, dijo Pierre Brun, Cátedra de Investigación de Canadá en Cuerpos Planetarios Pequeños. “Las imágenes de video de teléfonos inteligentes, cámaras de tablero y cámaras de seguridad son de vital importancia para rastrear el origen de este meteoro y, al conocer su origen, tendremos una oportunidad mucho mejor de contar una historia completa de este increíble evento astronómico”.

(Ruth Hamilton)

Los científicos del departamento de geociencias de la Universidad de Calgary utilizaron la ruta estimada de la bola de fuego para identificar el sitio probable de escombros adicionales, donde terminaron encontrando otra pieza del meteoro cerca del costado de una carretera.

“Esperamos firmemente que hayan caído decenas de meteoritos adicionales, y alentamos a los residentes a estar atentos mientras hacen su jardinería y caminan por el área de campo dispersa indicada”, dijo Alan. Hildebrand, planetólogo del Departamento de Geociencias de la Universidad de Calgary.

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El equipo de investigación dijo que los meteoritos tienen una “corteza de color gris oscuro del grosor de una cáscara de huevo con un interior gris claro” y son densos y atraídos por un imán.

Mientras tanto, Hamilton está haciendo planes para el meteoro una vez que se lo devuelvan. Dijo que no podía esperar para mostrárselo a sus nietos y posiblemente a los estudiantes de una escuela local. Agregó que ya había recibido varias ofertas de compradores potenciales y que podría terminar vendiéndola algún día.

Por ahora, sin embargo, Hamilton ha dicho que se siente bendecida y aprecia una nueva perspectiva de la vida.

“Estoy agradecida de estar viva, de salir ilesa”, le dijo a Nexstar. “Sabes, abrazas a tus seres queridos y no te vuelves loco o algo así porque podrías quedarte dormido una noche. No des la vida por sentada.

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Horoscopo

Más de 1.000 poderosas explosiones cósmicas detectadas por el telescopio FAST en 47 días

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FAST toma un pulso real de FRB 121102. Crédito: NAOC

Un equipo de investigación internacional dirigido por el profesor LI Di y el Dr. WANG Pei de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China (NAOC) capturó un episodio extremo de explosiones cósmicas de Fast Radio Burst (FRB) 121102, utilizando el quinientos metros Radiotelescopio de apertura esférica (FAST). Se detectaron un total de 1,652 ráfagas independientes en 47 días desde el 29 de agosto de 2019 (UT).

Este es el conjunto más grande de eventos de FRB hasta la fecha, más que el número informado en todas las demás publicaciones combinadas. Este conjunto de ráfagas permite determinar, por primera vez, la energía característica y la distribución de energía de cualquier FRB, destacando así el motor central que alimenta los FRB.

Estos resultados fueron publicados en La naturaleza 13 de octubre de 2021.

Los FRB se detectaron por primera vez en 2007. Estas explosiones cósmicas pueden ser tan breves como una milésima de segundo mientras producen el equivalente a un año de la producción total de energía del Sol. El origen de los FRB aún se desconoce. Aunque incluso los extraterrestres se incluyeron en los modelos FRB, los avistamientos favorecen claramente las causas naturales. Los focos recientes incluyen exóticas estrellas de neutrones hiper-magnetizadas, agujeros negros y cadenas cósmicas dejadas por el Big Bang.

FRB 121102 Distribución de velocidad de estallido de energía equivalente isotrópica

Distribución de velocidad de ráfagas de energía equivalente isotrópica de 1,25 GHz para FRB 121102. Crédito: NAOC

Los científicos han descubierto que una pequeña fracción de los FRB se repiten. Este fenómeno facilita los estudios de seguimiento, incluida la localización e identificación de las galaxias anfitrionas de FRB.

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FRB 121102 es el primer repetidor conocido y el primer FRB bien ubicado. Los científicos han identificado su origen en una galaxia enana. Además, este FRB está claramente asociado con una fuente de radio persistente. Ambas pistas son cruciales para resolver el misterio cósmico de los FRB. El comportamiento de FRB 121102 es difícil de predecir y comúnmente se describe como “estacional”.

Mientras probaba el backend FAST FRB durante la fase de puesta en servicio, el equipo notó que el FRB 121102 estaba actuando con pulsos de luz frecuentes. Entre el 29 de agosto y el 29 de octubre de 2019, se detectaron 1.652 eventos de ráfagas independientes en un total de 59,5 horas. Si bien la velocidad de las ráfagas varió a lo largo de la serie, se observaron 122 ráfagas durante la hora pico, lo que corresponde a la tasa de eventos más alta jamás observada para un FRB.

Río de fragmentos de una galaxia

Un “río” de estallidos de una galaxia registrados por el telescopio FAST. El número de explosiones y energías se muestra en gráficos de barras, imitando la pintura “Una tierra vasta” de WANG Ximeng de la dinastía Song. Crédito: NAOC

Una tasa tan alta facilita un estudio estadístico de estas ráfagas de FRB. Los investigadores encontraron una energía característica clara de E= 4,8 × 1037 erg, por debajo del cual la generación de ráfagas se volvió menos eficiente. La distribución de energía de las ráfagas puede describirse adecuadamente como bimodal, es decir, una función lognormal para las ráfagas de baja E y una función de Lorentz para las ráfagas de alta E, lo que implica que el FRB las pulsa.Las más débiles pueden ser de naturaleza estocástica y los más grandes implican una relación entre dos cantidades independientes.

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“La energía total de este conjunto de ráfagas ya asciende al 3.8% de lo que está disponible en un magnetar y no se ha encontrado una periodicidad entre 1 ms y 1000 s, lo que limita severamente la posibilidad de que el FRB 121102 fuera de un objeto compacto aislado”. dijo el Dr. WANG.

Se descubrieron más de seis FRB nuevos gracias a la encuesta FAST de radioastronomía comensal (CRAFTS, https://crafts.bao.ac.cn/), incluido un nuevo repetidor tipo 121102. “Como la antena más grande del mundo, la sensibilidad de FAST resulta propicio para revelar las complejidades de los transitorios cósmicos, incluidos los FRB ”, dijo el profesor LI.

Este proyecto es parte de una colaboración de larga data desde la fase de puesta en servicio del telescopio FAST. Las principales instituciones asociadas incluyen Guizhou Normal University, University of Nevada Las Vegas, Cornell University, Max-Planck-Institut fuer Radioastronomy, University of West Virginia, CSIRO, University of California to Berkeley y Nanjing University.

Referencia: “Una distribución de energía de ráfaga bimodal de una fuente de ráfaga de radio rápida repetida” por D. Li, P. Wang, WW Zhu, B. Zhang, XX Zhang, R. Duan, YK Zhang, Y. Feng, NY Tang, S Chatterjee, JM Cordes, M. Cruces, S. Dai, V. Gajjar, G. Hobbs, C. Jin, M. Kramer, DR Lorimer, CC Miao, CH Niu, JR Niu, ZC Pan, L. Qian, L Spitler , D. Werthimer, GQ Zhang, FY Wang, XY Xie, YL Yue, L. Zhang, QJ Zhi y Y. Zhu, 13 de octubre de 2021, La naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03878-5

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