Учёные предсказали и обнаружили суператомы-соединения

Материаловеды университета Пенсильвании (Penn State) предположили, что некоторые комбинации атомов могут иметь такие же "электронные подписи", что и другие элементы периодической таблицы Менделеева. Чуть позже учёные подтвердили догадку на практике и даже нашли необычным "заменителям" практическое применение.

Прежде чем рассказывать о нынешнем событии, необходимо напомнить о суператомах (superatom) – кластерах атомов одного химического элемента, обладающих свойствами другого. Мы рассказывали об открытии суператомов алюминия, которые, собираясь в количестве 13 штук, "мимикрируют" под йод, 14 атомов в кластере ведут себя уже как бериллий. Чуть позже физики создали суператомы серебра.
Группа Уэлфорда Каслмана (A. Welford Castleman, Jr.) пошла ещё дальше и распространила идею суператомов на химические соединения. Поначалу учёные предположили, что молекула монооксида титана (TiO) будет равноценна никелю (по электронной оболочке), монооксида циркония (ZrO) — палладию, карбида вольфрама (WC) — платине.
"Выглядело всё так, будто мы можем предсказывать, какие комбинации элементов необходимы и какие суператомы они будут образовывать. Достаточно взглянуть в периодическую таблицу, чтобы увидеть, что монооксид титана образует суператом никеля, — поясняет в пресс-релизе университета Уэлфорд.

- Начнём с титана, имеющего на внешней оболочке четыре электрона. Перешагнув на шесть элементов вправо (именно столько "внешних" электронов у кислорода), мы попадаем на никель, обладающий десятью электронами на внешней оболочке. Комбинация из четырёх и шести электронов образует оболочку, изоэлектронную оболочке никеля". Поначалу материаловеды предположили, что это лишь совпадение, а позже решили, что его необходимо проверить на практике.
Каслман и двое его аспирантов исследовали образцы материалов при помощи фотоэлектронной спектроскопии, после чего сравнили полученные данные. Использованный метод позволяет измерить энергию, необходимую для удаления электронов с различных энергетических уровней. Оказалось, что во всех трёх парах (TiO и никель, ZrO и палладий, WC и платина) энергии, необходимые для "срыва" электронов с внешних слоёв молекул и атомов, совпадают. (Подробности описаны в статье авторов, опубликованной в открытом доступе в PNAS.)

Сравнение графиков энергетических пиков и "фотографий" излучающих электроны атома никеля (справа сверху) и молекулы монооксида титана (справа снизу). Подобия видны с первого взгляда (фото Castleman lab, Penn State University).

Возможно, данное явление не является общим для всей периодической таблицы и охватывает лишь её часть. Сейчас учёные исследуют переходные металлы. Чуть позже группа Каслмана планирует выяснить, обладают ли суператомы теми же химическими свойствами, что и их одноэлементные аналоги.
Если удастся подтвердить последнее, то перед материаловедами откроется совершенно новая область науки, в которой вместо дорогостоящих элементов (таких как платина) будут использоваться более дешёвые изоэлектронные аналоги. "Платина часто применяется как катализатор, если производители заменят её карбидом вольфрама, будет сэкономлено значительное количество денег", — добавляет Уэлфорд.

Точно так же можно было бы сократить расходы, поменяв палладий на монооксид циркония, который стоит в 500 раз дешевле. "Наше открытие является захватывающим как с научной, так и с практической точки зрения", — восхищается Каслман.

Membrana.ru 

«Между прочим, религиозный студент может придти в замешательство, недоумевая зачем бог создаёт проблемы, снабжая хищников красивой адаптацией для ловли добычи, при этом другой рукой снабжая добычу красивой адаптацией, препятствующей этому. Видимо он наслаждается этим спортом как зритель»

Ричард Докинз

Файлы

Критика клерикальных концепций войны и мира

Атеизм и религия: вопросы и ответы

Пословицы и поговорки

Монологи эпохи. Факты и факты