eng
Просмотры: 2814
08.02.2017
Отечественные и зарубежные химики заявили о возможности существования двух стабильных соединений гелия, и экспериментально подтвердили существования одного из них – гелида натрия, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry.
Тайны благородных газов
Гелий является третьим по распространенности элементом Вселенной, однако на Земле его запасы крайне малы и продолжают иссякать, он улетучивается в космос. Ученые называют гелий и другие элементы 8 группы таблицы Менделеева «благородными газами» за их неспособность вступать в химические реакции. Существует лишь несколько десятков соединений ксенона и криптона с фтором, кислородом и другими сильными окислителями, ноль соединений неона и одно соединение гелия, обнаруженное экспериментальным путем в 1925 году.
Это соединение, объединение протона и гелия, не является настоящим химическим соединением в строгом смысле этого слова – гелий в данном случае не участвует в образовании химических связей, хотя и влияет на поведение атомов водорода, лишенных электрона. Как раньше предполагали химики, «молекулы» этого вещества должны были встречаться в межзвездной среде, однако за последние 90 лет астрономы так и не обнаружили их. Возможной причиной этого является то, что данный ион крайне нестабилен и разрушается при контакте с почти любой другой молекулой.
Ученые задумались, могут ли соединения гелия существовать в так называемых «экзотических» условиях, и обнаружили, что при давлениях, превышающих атмосферное в 150 тысяч и миллион раз, существует сразу два стабильных соединения гелия – оксигелид натрия и гелид натрия. Первое соединение состоит из двух атомов натрия и одного атома гелия, а второе – из кислорода, гелия и двух атомов натрия.
Атом на алмазной наковальне
И то, и другое давление можно легко получить при помощи современных алмазных наковален, что и сделали экспериментаторы. Как показали его опыты, гелид натрия формируется при давлении примерно в 1,1 миллиона атмосфер и остается стабильным как минимум до 10 миллионов атмосфер.
Что интересно, гелид натрия похож по своей структуре и свойствам на соли фтора, «соседа» гелия по периодической таблице. Каждый атом гелия в этой «соли» окружен восьмью атомами натрия, подобно тому, как устроен фторид кальция или любая другая соль плавиковой кислоты. Электроны в Na2He «притянуты» к атомам так сильно, что это соединение, в отличие от натрия, является изолятором. Подобные структуры ученые называют ионными кристаллами, так как электроны занимают в них роль и место отрицательно заряженных ионов.
«Открытое нами соединение весьма необычно: хотя атомы гелия напрямую не участвуют в химической связи, их присутствие фундаментально меняет химические взаимодействия между атомами натрия, способствуя сильной локализации валентных электронов, что делает полученный материал изолятором», — поясняет Сяо Дун (Xiao Dong) из университета Нанканя в Тяньцзине (Китай).
Другое соединение — Na2HeO — оказалось стабильным в диапазоне давлений от 0,15 до 1,1 миллиона атмосфер. Вещество также является ионным кристаллом и имеет схожее с Na2He строение, только роль отрицательно заряженных ионов в них играют не электроны, а атомы кислорода.
Что интересно, все остальные щелочные металлы, обладающие более высокой реактивностью, гораздо менее охотно образуют соединения с гелием при давлениях, превышающих атмосферное не более чем в 10 миллионов раз.
Ученые связывают это с тем, что орбиты, по которым движутся электроны в атомах калия, рубидия и цезия, заметным образом меняются при повышении давления, чего с натрием, по пока не понятным причинам, не происходит. Исследователи полагают, что гелид натрия и другие подобные вещества могут встречаться в ядрах некоторых планет, белых карликов и прочих звезд.
Гелий является третьим по распространенности элементом Вселенной, однако на Земле его запасы крайне малы и продолжают иссякать, он улетучивается в космос. Ученые называют гелий и другие элементы 8 группы таблицы Менделеева «благородными газами» за их неспособность вступать в химические реакции. Существует лишь несколько десятков соединений ксенона и криптона с фтором, кислородом и другими сильными окислителями, ноль соединений неона и одно соединение гелия, обнаруженное экспериментальным путем в 1925 году.
Это соединение, объединение протона и гелия, не является настоящим химическим соединением в строгом смысле этого слова – гелий в данном случае не участвует в образовании химических связей, хотя и влияет на поведение атомов водорода, лишенных электрона. Как раньше предполагали химики, «молекулы» этого вещества должны были встречаться в межзвездной среде, однако за последние 90 лет астрономы так и не обнаружили их. Возможной причиной этого является то, что данный ион крайне нестабилен и разрушается при контакте с почти любой другой молекулой.
Ученые задумались, могут ли соединения гелия существовать в так называемых «экзотических» условиях, и обнаружили, что при давлениях, превышающих атмосферное в 150 тысяч и миллион раз, существует сразу два стабильных соединения гелия – оксигелид натрия и гелид натрия. Первое соединение состоит из двух атомов натрия и одного атома гелия, а второе – из кислорода, гелия и двух атомов натрия.
Атом на алмазной наковальне
И то, и другое давление можно легко получить при помощи современных алмазных наковален, что и сделали экспериментаторы. Как показали его опыты, гелид натрия формируется при давлении примерно в 1,1 миллиона атмосфер и остается стабильным как минимум до 10 миллионов атмосфер.
Что интересно, гелид натрия похож по своей структуре и свойствам на соли фтора, «соседа» гелия по периодической таблице. Каждый атом гелия в этой «соли» окружен восьмью атомами натрия, подобно тому, как устроен фторид кальция или любая другая соль плавиковой кислоты. Электроны в Na2He «притянуты» к атомам так сильно, что это соединение, в отличие от натрия, является изолятором. Подобные структуры ученые называют ионными кристаллами, так как электроны занимают в них роль и место отрицательно заряженных ионов.
«Открытое нами соединение весьма необычно: хотя атомы гелия напрямую не участвуют в химической связи, их присутствие фундаментально меняет химические взаимодействия между атомами натрия, способствуя сильной локализации валентных электронов, что делает полученный материал изолятором», — поясняет Сяо Дун (Xiao Dong) из университета Нанканя в Тяньцзине (Китай).
Другое соединение — Na2HeO — оказалось стабильным в диапазоне давлений от 0,15 до 1,1 миллиона атмосфер. Вещество также является ионным кристаллом и имеет схожее с Na2He строение, только роль отрицательно заряженных ионов в них играют не электроны, а атомы кислорода.
Что интересно, все остальные щелочные металлы, обладающие более высокой реактивностью, гораздо менее охотно образуют соединения с гелием при давлениях, превышающих атмосферное не более чем в 10 миллионов раз.
Ученые связывают это с тем, что орбиты, по которым движутся электроны в атомах калия, рубидия и цезия, заметным образом меняются при повышении давления, чего с натрием, по пока не понятным причинам, не происходит. Исследователи полагают, что гелид натрия и другие подобные вещества могут встречаться в ядрах некоторых планет, белых карликов и прочих звезд.
Комментарии читателей
