Superatoom

[thermo1945]

Wat is het onderscheid tussen een superatoom en een molecule?

Welke van de twee is C₆₀ (fullereen, de buckyball)?

[w_oute_r]

Een molecuul is een verbinding, een superatoom is naar wat ik kan vinden een hoeveelheid atomen die zich identiek aan elkaar gedragen. Fullereen is dus een molecuul.

[thermo1945]

Een molecuul is een verbinding, een superatoom is naar wat ik kan vinden een hoeveelheid atomen die zich identiek aan elkaar gedragen. Fullereen is dus een molecuul.

In fullereen zijn alle C-atomen aan drie buren gebonden en elk van de 60 atomen levert een elektron, dat vrij over het oppervlak van het molecule kan bewegen. Deze 60 C atomen lijken mij dan identiek.

[w_oute_r]

Maar ze zijn gebonden, zoals je zelf zegt. Volgens mij is daar bij een superatoom geen sprake van, voor zover ik het in ieder geval begreep.

[Marko]

Ik ken de term superatoom niet, maar de bewoording "atomen die zich identiek gedragen" doet mij denken aan een Bose-Einstein condensaat, een toestand die bij zeer lage temperaturen kan ontstaan, en waarbij een x aantal atomen zich in dezelfde quantummechanische toestand bevinden.

Dat is niet het geval in C₆₀. Dat is "gewoon" een molecuul.

[thermo1945]

Ik ken de term superatoom niet, maar de bewoording "atomen die zich identiek gedragen" doet mij denken aan een Bose-Einstein condensaat

Dat is een juiste associatie.

..., een toestand die bij zeer lage temperaturen kan ontstaan, en waarbij een x aantal atomen zich in dezelfde quantummechanische toestand bevinden.

Wat is zeer laag?

Dat is niet het geval in C₆₀.

Hoezo? Ze gedragen zich identiek en lijken me dezelfde quantumtoestand te hebben. Bovendien zijn koolstofatomen bosonen.

[Marko]

Wat is zeer laag?

Rond het absolute nulpunt. De 2e vloeibare fase van helium is een voorbeeld van een BEC.

Hoezo? Ze gedragen zich identiek en lijken me dezelfde quantumtoestand te hebben. Bovendien zijn koolstofatomen bosonen.

Ze hebben niet dezelfde quantumtoestand, al was het maar om het magnetisch moment van de kernen niet bij allemaal gelijk is.

[thermo1945]

Ze hebben niet dezelfde quantumtoestand, al was het maar om het magnetisch moment van de kernen niet bij allemaal gelijk is.

???

[Marko]

???

Met vraagtekens kunnen we niet zo veel beginnen. Als je een concrete vraag hebt, stel die dan.

[thermo1945]

Ze hebben niet dezelfde quantumtoestand, al was het maar om het magnetisch moment van de kernen niet bij allemaal gelijk is.

Waardoor zijn ze niet gelijk? (ter vervanging van ???) Zullen ze niet juist zoveel mogelijk gelijkgericht gaan staan om de magnetische energie minimaal te houden?

[Marko]

Dat is energetisch gezien wel (iets) gunstiger, maar entropisch gezien juist niet. Zolang er voldoende thermische energie is, en dat is al vanaf zeer lage temperaturen, zal er altijd wel ergens 1 zijn die de verkeerde kant op wijst.

[thermo1945]

Maar dan is de grens tussen een bose-einstein-condensaat en een molecule maar vliesdun.

En hoe volmaakt is zo'n condensaat? Wat gebeurt er als één parameter verandert?

Er zou sprake zijn van magische getallen. Ik heb begrepen, dat dit betekent, dat een specifiek aantal atomen het condensaat stabieler maken.

60 koolstofatomen lijkt mij nu net een prachtig voorbeeld.

[thermo1945]

..., maar entropisch gezien juist niet.

Kun je dat wat toelichten?

[Marko]

De energie die gepaard gaat met de magnetische momenten (dus het verschil in energieniveaus tussen de quantumtoestanden) is niet bijzonder groot. Er zijn 60 C-atomen in zo'n molecuul. In de grondtoestand wijzen de magnetische momenten van de kernen allemaal dezelfde kant op. Maar er is maar 1 manier om dat te doen, terwijl je 60 manieren hebt om er ééntje "verkeerd" te laten staan (het volgende energieniveau). Die situatie is daarom veel waarschijnlijker - bij temperaturen waarin het mogelijk is om de benodigde energie te leveren. En dat is, gezien het kleine energieverschil, al vanaf zeer lage temperaturen.^*

Het is zelfs zo dat zelfs in een zeer sterk magnetisch veld is de verdeling bij kamertemperatuur praktisch 50/50 is.

Er is dus een levensgroot verschil tussen een molecuul en een BEC. Bij kamertemperatuur is een C₆₀ molecuul nog steeds een molecuul, en het heeft dezelfde vorm. Een BEC niet, dat is meer een soort vloeistof met waanzinnige eigenschappen, zoals het ontbreken van viscositeit.

De enige overeenkomst tussen een molecuul en een BEC is dat beide uit atomen bestaan, voor de rest zijn er eigenlijk alleen maar verschillen.

^*Dit is, in een notedop en zonder me al te druk te maken over formele definities, wat entropie inhoudt en wat het praktisch betekent: De energetisch meest gunstige toestand is lang niet altijd de meest waarschijnlijke.

[thermo1945]

Een BEC niet, dat is meer een soort vloeistof met waanzinnige eigenschappen, zoals het ontbreken van viscositeit.

Ik ben vertrouwd met vloeibaar helium beneden de lambda-overgang.

De 60 'vrije' elektronen in C60 zullen over het oppervlak van dat molecule waarschijnlijk ook vrij kunnen bewegen in die zin, dat ze geen warmte-ontwikkeling veroorzaken, ook niet als er inductiestromen over het oppervlak van het molecule worden opgewekt.