19.09.2018

«Невозможное» соединение гелия

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Впервые ученым удалось создать стабильное химическое соединение с благородным газом гелием. До сих пор этот элемент считали слишком неактивным и нестабильным, чтобы взаимодействовать с другими атомами.

Однако недавно при помощи экстремально высокого давления химикам удалось создать солеподобный ионический кристалл из натрия и гелия. Это соединение проявило себя стабильно при давлении свыше 113 гигапаскалей, информируют ученые в журнале Nature Chemistry.

Соединение Гелия с другими єлементами

В каждом пустом поле Na₂He-решетки, образованной ионами натрия (розовое), расположены сочетания электронных пар (желтое). Атомы гелия обозначены белым цветом.

Гелий – самый легкий из всех благородных газов, однако один из самых «социальных». Ведь в отличие от других элементов в периодической системе добровольно гелий не образует никаких соединений. Его оба электроны целиком заполняют S-орбиталь и делают атом неспособным ее изменить в результате сочетания с другими элементами. Только при чрезвычайных условиях возникает так называемый эффект Ефимова-Тримера, то есть свободное объединение трех атомов.

«На протяжении последних десяти лет много ученых пыталось найти стабильные соединения гелия»,– пояснил Артем Оганов (Artem Oganov) и его коллеги из Московского института физики и технологий.

До сих пор не удавалось создать стабильную молекулу гелия с настоящими ковалентними связями.

Однако Оганов и его коллеги смогли «обхитрить» гелий. У исследователей возникла идея: под действием высокого давления изменить свойства благородного газа так существенно, чтобы сделать возможным объединение с другими элементами. Сначала исследователи с помощью алгоритмов проверяли, какие молекулярные структуры гелия являются потенциально стабильными при разном давлении.

«Мы нашли новое соединение Na₂He, что возникала при давлении свыше 160 гигапаскалей и имела меньшую энтальпию, чем смесь элементарного натрия и гелия» – ученые рассказали о результатах первого этапа своих исследований. Это доказывало, что при описанных условиях должна возникать стабильная кристаллическая структура.

Согласно подсчетам, из-за давления, которого можно достичь в лаборатории, натрий проявил себя единственным элементом, с которым гелий входит в реакцию.

Но можно ли создать такое гелиевое соединение на самом деле? Чтобы это проверить, химики подвергли давлению в бриллиантовой наковальне смесь натрия и гелия. При давлении свыше 113 гигапаскалей рентгеноструктурный анализ и раман-спектроскопии показали изменения. Так из смеси обоих элементов возникло новое кристаллическое соединение.

«Вещество, которое мы обнаружили, совершенно уникально», – сообщил Оганов. Структурой Na₂He подобная на ионный, солеподобный кристалл. В нем атомы гелия объединены в кубическую решетку, похожую на 3D-модель шахматной доски, в которой гелий занимает каждое черное поле. Пустые поля вместо этого заняты парой электронов, окруженные ионами натрия.

«Это соединение является электридом, кристаллом с положительно заряженным ионным ядром, в котором сильно локализованные валентные электроны выполняют функцию анионов», – объясняют ученые.

Присутствие гелия предопределяет такое расположение электронов и делает экзотический кристалл непроводником. Так, Na₂He хоть и является экзотическим, однако из-за высокого давления стабильным, настоящим соединением гелия с другим элементом, подчеркивают ученые.

То, что это «невозможное» соединение существует, казалось редакторам профессионального журнала настолько невероятным, что понадобилось два года, чтобы статья прошла рецензирование и была опубликована.

«Наше исследование демонстрирует: при экстремальных условиях могут возникать необычные явления и соединения», – рассказал Оганов. Также он и его коллеги с помощью своих алгоритмов наткнулись на другую кристаллическую структуру гелия, возникающую из-за высокого давления. Соединение Na₂HeO похоже на кристаллическую структуру Na₂He, и только в полях с парами электронов расположены ионы O₂. Существование Na₂HeO нужно еще подтвердить экспериментально.

  1. Последние
  2. Популярные
Загрузка...

Новости технологий сегодня

Самые популярные метки