مفاجأة للغازات النبيلة: يمكن للهليوم تكوين مركبات غريبة
مفاجأة للغازات النبيلة: يمكن للهليوم تكوين مركبات غريبة
فيديو: مفاجأة للغازات النبيلة: يمكن للهليوم تكوين مركبات غريبة
فيديو: الهيليوم - عنصر سوبر فائق ، يمكن أن يتسلق الجدران! 2023, شهر فبراير
Anonim

تشرح فكرة جديدة الكيمياء التي تم اكتشافها مؤخرًا والتي يبدو أنها تخرق قواعد كتب المدارس الثانوية في كل مكان.

مفاجأة للغازات النبيلة: يمكن للهيليوم تكوين مركبات غريبة
مفاجأة للغازات النبيلة: يمكن للهيليوم تكوين مركبات غريبة

الهيليوم ، أنبل الغازات النبيلة ، والذي كان يعتقد منذ فترة طويلة أنه خامل تمامًا وبالتالي بعيدًا عن الارتباط مع ذرات أخرى ، فاجأ الكيميائيين مؤخرًا بتكوين مركبات كيميائية بعد كل شيء.

في العام الماضي ، أفاد العلماء بإنتاجهم مركبات - بلورات مكونة من ذرات الصوديوم والهيليوم - لكنهم لم يتمكنوا من فهم كيفية تشكلها. قدم الآن فريق جديد من الباحثين تفسيرًا: تمكن الهيليوم من الاندماج مع ذرات أخرى دون تكوين أي روابط كيميائية - أي دون مشاركة أو تبادل أي إلكترونات. يقوم العنصر بذلك عن طريق حماية الذرات الموجبة الشحنة من بعضها البعض ، حيث يعمل بمثابة حاجز بين شحناتها الطاردة. يقول أرتيم أوجانوف ، الكيميائي في معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا في روسيا وقائد المجموعة التي اكتشفت في البداية مركبات الهليوم: "لقد اقترحوا تفسيراً ، وأنا أحبه". "هذا النموذج تنبؤي ويفسر جميع الملاحظات التي لدينا حتى الآن."

المركبات مذهلة لأن العلماء اعتقدوا أنه من غير المحتمل للغاية أن يتحد الهيليوم مع ذرات أخرى. هذا لأن ذرة الهليوم تكره التخلي عن إلكترونينها ، اللذين يملآن بشكل مثالي غلافها الإلكتروني الوحيد. تحتوي كل ذرة على مثل هذه الأصداف ، والتي تحتوي على أعداد محددة من الإلكترونات وهيكل هذه الجسيمات سالبة الشحنة حول النواة الذرية. تفضل الذرات أن تكون قذائفها ممتلئة تمامًا ، وسوف تترابط مع ذرات أخرى يمكنها أن تأخذ أو تعطي جسيمًا إضافيًا أو جسيمين لملء الغلاف. تسمى العناصر التي تحتوي على أغلفة ممتلئة بالفعل ولا تحتوي على إلكترونات لإقراضها بالغازات النبيلة - ويعتبر الهليوم ، أصغرها ، الأكثر خمولًا. "ثم جاء هذا العمل الرائع في العام الماضي" ، كما يقول الكيميائي ماوشينغ مياو ، جامعة ولاية كاليفورنيا ، نورثريدج ، قائد الفريق الذي قدم التفسير الجديد. كان طالب الدراسات العليا في Miao ، Zhen Liu ، المؤلف الرئيسي للورقة ، التي نُشرت في 5 مارس في Nature Communications. "لقد وجدوا أنه إذا جمعت الصوديوم والهيليوم معًا وضغطتهما على ضغوط كما هو الحال في مركز الأرض ، يمكن للصوديوم أن يتفاعل بالفعل مع الهيليوم ويشكل مركبات مستقرة." في البداية اعتقد بعض العلماء أن الهيليوم ربما يشارك الإلكترونات بعد كل شيء. لكن فريق مياو اقترح تفسيراً بديلاً: ربما لا يعطي الهيليوم أو يستقبل أي إلكترونات ، ولكنه يتحد بطريقة ما مع الصوديوم على أي حال.

يمكن للضغط المرتفع بدرجة كافية أن يسحق مجموعة من ذرات الصوديوم لدرجة أن الإلكترون الإضافي في كل ذرة يتم ضغطه ، مما يحول كل الذرات إلى أيونات موجبة الشحنة. ثم يصد كل أيون كل الأيونات المجاورة له ، لأن الشحنات المتشابهة تدفع بعضها ضد بعض. استنتج مياو وزملاؤه أنه إذا كانت ذرات الهيليوم يمكن أن تأتي وتجلس بين أيونات الصوديوم ، فإن المسافة بين الشحنات الموجبة ستزداد - وستقل الطاقة الطاردة ، مما يؤدي إلى استقرار المادة. يقول مياو: "أعتقد أن هذه هي المرة الأولى على الإطلاق التي لا يوجد فيها رابط كيميائي ، ومع ذلك يمكنك تكوين مركب مستقر". يقول رولد هوفمان ، كيميائي بجامعة كورنيل لم يشارك في البحث: "عمل ذكي جدًا".

بناءً على فرضيتهم ، أجرى فريق مياو حسابات كمبيوتر شاملة باستخدام قوانين ميكانيكا الكم التي تحكم كل ذرة ، ووجدوا أن مثل هذه المركبات يجب أن تعمل بالفعل. "كان من المثير أن تكون الفكرة صحيحة في الحسابات" ، كما تقول إيفا زوريك ، الكيميائي في جامعة بوفالو ، جنوب نيويورك ، وعضو في الفريق. "يمكننا أيضًا توقع المركبات الجديدة التي لم تتم دراستها من قبل." يأمل العلماء أن يحاول التجريبون إنشاء مركبات جديدة ، والتي تشمل توليفات من الهيليوم مع فلوريد المغنيسيوم وفلوريد الكالسيوم.

قد يكون للاكتشاف أيضًا آثار على تكوين العناصر التي يعتقد أنها موجودة في أعماق كوكبنا. كان العلماء يعتقدون أن الهيليوم ، الذي يفتقر إلى وسيلة للارتباط بالعناصر الأخرى ، لا يمكن عزله بعيدًا داخل صخور الأرض. يقول أوغانوف: "أصبح من الواضح الآن بشكل متزايد أن هذا هو تبسيط فادح". "حتى الهيليوم ، الأكثر خمولًا على الإطلاق ، ليس خاملاً في الواقع كما كنا نظن. يمكن أن تشكل في الواقع مركبات مستقرة ويتم الاحتفاظ بها في عباءة الأرض ".

في المستقبل ، يرغب الكيميائيون في إيجاد المزيد من القواعد العامة للتنبؤ بمتى يمكن أن تنشأ مثل هذه الجزيئات غير العادية ، لأنه تحت الضغط العالي لا تنطبق العديد من قوانين الكيمياء العادية. يقول ريتشارد درونسكوسكي من جامعة آر دبليو تي أتش آخن في ألمانيا ، وهو أحد المتعاونين في الفريق الذي اكتشف مزيج الصوديوم والهيليوم: "هذا نوع غريب من الترابط الكيميائي". "إذا فكرت في الأمر لفترة ، كل شيء معقول تمامًا ولكنك لا تتوقعه في البداية. انها رائعة.".

شعبية حسب الموضوع