fbpx

Каталог статей

Каталог статей для размещения статей информационного характера

Технології

«Неможливе» з’єднання гелію

Вперше ученим вдалося створити стабільну хімічну сполуку з благородним газом гелієм. До цих пір цей елемент вважали занадто неактивним і нестабільним, щоб взаємодіяти з іншими атомами.
Проте нещодавно за допомогою екстремально високого тиску хімікам вдалося створити солеподобный іонічний кристал натрію і гелію. Це з’єднання проявило себе стабільно при тиску понад 113 гігапаскалів, інформують вчені в журналі Nature Chemistry.
У кожному порожньому полі Na?He-грат, утворених іонами натрію (рожеве), розташовані поєднання електронних пар (жовте). Атоми гелію позначені білим кольором.
Гелій – найлегший з усіх благородних газів, однак один із самих «соціальних». Адже на відміну від інших елементів у періодичній системі добровільно гелій не утворює ніяких з’єднань. Його обидва електрони цілком заповнюють S-орбіталь і роблять атом нездатним її змінити у результаті поєднання з іншими елементами. Тільки при надзвичайних умовах виникає так званий ефект Єфімова-Тримера, тобто вільне об’єднання трьох атомів.
«Протягом останніх десяти років багато науковців намагалося знайти стабільні з’єднання гелію»,– пояснив Артем Оганов (Artem Oganov) і його колеги з Московського інституту фізики і технологій.
До цих пір не вдавалося створити стабільну молекулу гелію з справжніми ковалентними зв’язками.
Однак Оганов і його колеги змогли «обхитрити» гелій. У дослідників виникла ідея: під дією високого тиску змінити властивості благородного газу так істотно, щоб зробити можливим об’єднання з іншими елементами. Спочатку дослідники з допомогою алгоритмів перевіряли, які молекулярні структури гелію є потенційно стабільними при різному тиску.
«Ми знайшли нове з’єднання Na?He, що виникала при тиску понад 160 гігапаскалів і мала меншу ентальпію, ніж суміш елементарного натрію і гелію» – вчені розповіли про результати першого етапу своїх досліджень. Це доводило, що при описаних умовах повинна виникати стабільна кристалічна структура.
Згідно з підрахунками, з-за тиску, якого можна досягти в лабораторії, натрій проявив себе єдиним елементом, з яким гелій входить у реакцію.
Але чи можна створити таке гелиевое з’єднання насправді? Щоб це перевірити, хіміки піддали тиску в діамантовій ковадлі суміш натрію і гелію. При тиску понад 113 гігапаскалів рентгеноструктурний аналіз і раман-спектроскопії показали зміни. Так із суміші обох елементів виникло нове кристалічне з’єднання.
«Речовина, яку ми виявили, абсолютно унікально», – повідомив Оганов. Структурою Na?He подібна на іонний, солеподобный кристал. В ньому атоми гелію об’єднані в кубічну решітку, схожу на 3D-модель шахівниці, в якій гелій займає кожне чорне поле. Порожні поля замість цього зайняті парою електронів, оточені іонами натрію.
«Це з’єднання є электридом, кристалом з позитивно зарядженим іонним ядром, в якому сильно локалізовані валентні електрони виконують функцію аніонів», – пояснюють учені.
Присутність гелію зумовлює таке розташування електронів і робить екзотичний кристал непроводником. Так, Na?He хоч і є екзотичним, однак з-за високого тиску стабільним, цим з’єднанням гелію з іншим елементом, підкреслюють вчені.
Те, що це «неможливе» єднання існує, здавалося редакторам професійного журналу настільки неймовірним, що знадобилося два роки, щоб стаття пройшла рецензування і була опублікована.
«Наше дослідження демонструє: при екстремальних умовах можуть виникати незвичайні явища та з’єднання», – розповів Оганов. Також він та його колеги з допомогою своїх алгоритмів натрапили на іншу кристалічну структуру гелію, що виникає з-за високого тиску. З’єднання Na?HeO схоже на кристалічну структуру Na?He, і тільки в полях з парами електронів розташовані іони O?. Існування Na?HeO потрібно ще підтвердити експериментально.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *