Отримано "неможливі" сполуки, що суперечать законам сучасної хімії

Вчені змогли перевести звичайну кухонну сіль у «заборонену» форму, яка не повинна існувати відповідно до законів сучасної хімії. Вчені говорять, що це лише початок революції, яка обіцяє безліч нових матеріалів з неймовірними властивостями.

Експерименти по застосуванню високого тиску до звичайних речовин, зокрема кухонної солі, несподівано дали нові хімічні сполуки, які не повинні існувати відповідно до правил із сучасних підручників хімії. Дослідження, проведене на джерелі рентгенівського випромінювання PETRA III німецького синхротрона DESY, може відкрити дорогу до більш універсального розуміння хімії та створення нових матеріалів і напрямків у науці.

Міжнародна дослідницька група під керівництвом професора Артема Оганова з Університету Стоуні Брук і професора Олександра Гончарова з Інституту Карнегі опублікувала у виданні Science статтю про своє відкриття у галузі хімії. Вчені працювали з кухонною сіллю (NaCl), яка є однією з найбільш вивчених хімічних сполук. Сіль має просту кристалічну структуру та хімічний склад: один атом натрію (Na) і один атом хлору (Cl).

Локалізація електронів у кубічній структурі нової сполуки NaCl₃

Однак, експерименти показали, що простота солі спостерігається лише при звичайних умовах навколишнього середовища, а в екстремальних умовах можуть з'являтися інші сполуки натрію і хлору, які «заборонені» класичними правилами хімії. Наприклад згідно з правилом октету, всі хімічні елементи прагнуть заповнити власну зовнішню оболонку вісьмома електронами, так як валентна оболонка елемента повна і найбільш стійка, якщо містить 8 електронів. Зокрема ця стійкість пояснює низьку хімічну активність благородних газів. Натрій має один додатковий електрон, а хлор навпаки - одного не вистачає, тому натрій віддає один електрон хлору, внаслідок чого обидва атома із зовнішньою оболонкою, яка містить вісім електронів, формують сильний іонний зв'язок. Простіше кажучи, у звичайних умовах кухонна сіль виконує правило октету і відповідає всім правилам класичної хімії.

Однак, коли вчені помістили кристали солі у зону високого тиску (200 000 атмосфер), а потім додали додаткові хлор або натрій, з'явилися такі «неможливі» сполуки як Na₃Cl і NaCl₃. Більше того, вдалося знайти і інші стійкі сполуки натрію і хлору, які вважалися неможливими, оскільки вимагають зовсім іншої форми хімічного зв'язку - з більш високою енергією, а природа завжди надає перевагу зв'язкам низькоенергетичним.

Тим не менш, вчені створили дані сполуки, причому вони термодинамічно стабільні, тобто при високому тиску зберігають свої властивості довгий час, а при звичайному тиску - кілька хвилин. Це дає більш широкий погляд на хімію, більше того - Артем Оганов впевнений, що це початок революції у хімії.

«Ми виявили, що при тисках, досяжних у лабораторії, утворюються нові стабільні сполуки, які суперечать класичним правилам хімії, - говорить Артем Оганов. - Якщо застосувати відносно невеликий тиск у 200 тис. атмосфер (тиск у центрі Землі становить 3,6 млн. атмосфер), багато чого з сучасних підручників хімії перестає працювати».

Однією з причин таких несподіваних відкриттів є той факт, що вся сучасна хімія тісно пов'язана з умовами навколишнього середовища. Але на поверхні Землі ці умови зовсім не такі, як у різних куточках Всесвіту. Навіть під землею, на великій глибині, умови зовсім інші і там, можливо, можуть працювати зовсім інші закони хімії. Правила хімії не такі суворі, як математичні теореми, і можуть бути порушені - достатньо знайти умови, нехай і фантастичні, що здаються неможливими.

На практиці це означає, що можливе створення матеріалів з незвичайними властивостями, які здаються на перший погляд абсурдними. Наприклад серед створених командою Артема Оганова сполук є двовимірні метали, які проводять електрику лише вздовж шарів матеріалу, але не впоперек. Один із матеріалів, Na₃Cl, має дивовижну структуру. Він складається з шарів NaCl і шарів чистого натрію, при цьому шари NaCl виступають як ізолятори, а шари чистого натрію проводять струм. Системи з подібною двовимірною електропровідністю мають великий потенціал у мікроелектроніці.

Експерименти з кухонною сіллю - це лише початок довгого шляху, на якому буде створено безліч абсолютно нових сполук. «Якщо навіть проста хімічна сполука, сіль, здатна перетворитися на такі різноманітні речовини в умовах високого тиску, то й інші, ймовірно, також на це здатні, - пояснює Олександр Гончаров. - Це може допомогти відповісти на багато важливих питань, наприклад, про початок розвитку планетарних ядер, а також допоможе створити нові дуже корисні матеріали».

Джерело: http://infonova.org.ua/science/otrymano-nemozhlyvi-spoluky-scho-superechat-zakonam-suchasnoyi-khimiyi.html#ixzz3KT0wkzaK