Wissenschaftler machen exotische Chemikalien aus Salz, Rewrite Lehrbücher

Dieser Artikel erschien ursprünglich in The Conversation. Die Publikation beigetragen zu LiveScience des Artikels Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Alles um dich herum besteht aus Elementen, die Wissenschaftler in den letzten 200 Jahren sehr ausführlich studiert haben. Aber dieses Verständnis bricht, wenn diese Elemente, hohem Druck und Temperatur ausgesetzt sind. Nun, haben mit einer erweiterten theoretischen Verständnis und extremen Bedingungen, Forscher Kochsalz in exotische Chemikalien umgewandelt.

Salz besteht aus einem Teil Natrium und Chlor ein Teil. Wenn irgendwie Salz ins Zentrum der Erde transportiert wurden, wo der Druck drei Millionen Mal, die auf der Oberfläche ist, seine kristalline Struktur würde sich ändern, aber das Verhältnis dieser beiden Elemente würde bleiben die gleichen.

Vitali Prakapenka an der University of Chicago und seine Kollegen wollten herausfinden, was passiert, wenn gab es ein Überschuss an Natrium oder Chlor bei solch hohem Druck. Das Verhältnis zwischen den Elementen ändern würde? "Es könnte", sagte Prakapenka, "denn Chemie völlig unter solchen Bedingungen verändert." Wenn ja, wäre das Ergebnis nicht nur Bildung einer neuen Substanz, sondern eine ernsthafte Revision was denken wir über Chemie.

Elementare Verhaltensänderungen bei solch hohem Druck. Z. B. Moleküle Sauerstoff, die normalerweise zwei Atome enthalten, bei erhöhten Druck brechen, und das Element bildet eine acht-Atom-Box. Den Druck etwas mehr, etwa 300.000 Atmosphären zu erhöhen, und es beginnt zu Supraleitfähigkeit. Chemiker versuchen, Chemikalien zu entwickeln, die ähnliche Eigenschaften aufweisen, sondern sind unter normalen Bedingungen stabil – lernen über diese exotische Verbindungen kann helfen, dieses Ziel zu erreichen.

Natriumchlorid (dh Tafelsalz) ist ein anderes Tier. Es wird in einem 1: 1-Verhältnis von sehr starke ionische Bindungen gebunden. Berechnungen von Prakapenkas Kollegen Artem Organov der State University of New York in Stony Brook zeigte jedoch, dass auch Natrium-Chlorid verdreht werden könnte, um exotische Chemikalien zu produzieren. Diese Berechnungen, soeben erschienen in der Zeitschrift Science, gab ihnen präzise Drücke an die, in Gegenwart von überschüssigem Natrium oder Chlor, Salz umgewandelt werden könnte.

Berechnungen zeigten, dass NaCl₃, Na₃Cl, Na₂Cl, Na₃Cl₂und NaCl₇ alle bei Druck von 20GPa bis 142GPa sein könnte, wo 1GPa ist ungefähr 10.000 Atmosphären Druck stabil. Hochdruck-Physiker haben viele Modelle zur Vorhersage von Verhalten der Elemente unter extremen Bedingungen, aber nur selten sind diese Modelle mit Experiment einverstanden.

Bemerkenswert ihre Berechnungen bewährt Experiment in mindestens zwei Fällen: Na₃Cl und NaCl₃. Um ein solches Experiment zu starten, benötigen Sie eine schicke Gerät namens Diamant-Amboss-Zelle. Chemikalien werden zwischen zwei Diamanten hinzugefügt, die komprimiert werden können, um Druck von bis zu 300GPa zu produzieren. Zu Na₃Cl und NaCl₃, Strukturen, die von Prakapenka mit x-ray Analyse verifiziert wurden dient Prakapenkas Kollegen.

"Niemand dachte, dass dies passieren könnte, wie stark die Bindung zwischen Natrium und Chlor, ist gegeben", sagte Prakapenka. "Was wir gezeigt haben, ist diese Theorie kann Experiment, das passiert nicht oft in der Hochdruck-Physik übersetzt werden."

Malcolm McMahon, Professor für Hochdruck Physik an der University of Edinburgh, sagte: "das sind überraschende Ergebnisse, und sie orientieren sich an bemerkenswerten theoretischen Vorhersagen. Ohne Hilfsmittel wie die, die sie aufgebaut haben, hätte wir nicht in der Lage zu denken, dass Natrium-Chlorid konnten auf diese Weise umgewandelt werden."

Unmittelbare Anwendung für diese Ergebnisse möglicherweise nicht. Stattdessen haben die Forscher öffnete die Türen für Wissenschaftler zu sondieren andere Chemikalien in der Hoffnung, exotische Kombinationen, die bei Raumtemperatur stabil bleiben können. Diamanten sind ein gutes Beispiel dafür. In der Natur werden sie tief im Inneren der Erde gebildet, wenn Kohlenstoff mit extremen Druck beaufschlagt wird. Sobald gebildet, bleiben sie stabil auch bei Umgebungsbedingungen. So kann es andere Diamant-ähnlichen Materialien, die wir machen können, könnten diejenigen, die unser gegenwärtige Verständnis der Chemie sogar vorausgesagt hat nicht existieren.

Andere Auswirkungen sind nicht-irdische. Jeder Planet in unserem Sonnensystem und darüber hinaus hat eine Menge Material bei extremen Druck gehalten. Beispielsweise dürfte Jupiter metallischen Wasserstoff haben, wo Wasserstoff die Elektronen frei bewegen wie sie wollen. Dieses Material wird voraussichtlich ein Supraleiter bei Raumtemperatur. Verstehen, wie Chemikalien, die, denen wir kennen, unter diesen Bedingungen Verhalten wäre entscheidend für die Vorhersage der Bedingungen in der Vielzahl von Exoplaneten, die wir entdecken.

Wenn nichts anderes, zeigt Prakapenkas Arbeit, dass sogar etwas so einfaches wie Kochsalz erfolgreich bedeutet, dass wir noch viel zu entdecken über die Elemente, die wir alle kennen (und einige von uns lieben) umgewandelt werden kann –.

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