Лого Сделано у нас
35

Химики из России открыли «невозможное» соединение золота

  • © AP Photo / Mike Groll
  • © AP Photo / Mike Groll
  •  © ria.ru

МОСКВА, 20 сен — РИА Новости. Ученые из России и Германии раскрыли секрет устойчивости калаверита, странного и редкого минерала золота, и нашли свидетельства того, что этот благородный металл может образовать крайне необычное соединение с теллуром. Их выводы и расчеты были представлены в журнале PNAS.

«У минерала калаверита удивительная судьба. Заметно повлиявший на „золотую лихорадку“, он много десятилетий был головной болью и большим парадоксом для кристаллографов. Чем глубже его изучали, тем больше новых вопросов возникало. Нашему коллективу удалось связать все странности калаверита в рамках простой модели, а экспериментаторы теперь могут охотиться за предсказанным нами новым соединением» — рассказывает Артем Оганов, профессор Сколтеха и МФТИ.

Золото, в отличие от большинства других металлов, обладает высокой химической инертностью и практически не встречается в природе в форме крупных залежей различных соединений с другими элементами. Большая часть запасов золота, добытых человечеством до начала 20 века, была найдена в виде самородков и чистых залежей этого металла.

Единственное исключение из этого правила — минерал калаверит, соединение золота и теллура, AuTe2. Он давно интересует не только золотодобытчиков, но и химиков и физиков, так как калаверит обладает крайне необычной структурой, которую нельзя объяснить в рамках классического учения о строении кристаллов. Только относительно недавно ученые решили загадку его устройства, описав его в четырехмерном пространстве.

Это описание, как отмечают Оганов и его коллеги, породило новую проблему — золото в подобных кристаллах будет обладать «неправильной» степенью окисления — +2, что будет делать их нестабильными с точки зрения химии. Российские ученые и их немецкие коллеги выяснили, почему калаверит все же существует, используя систему USPEX, созданную Огановым несколько лет назад для предсказания свойств химических элементов и кристаллов.

Для этого ученым сначала пришлось подумать над тем, как можно просчитать свойства столь сложного соединения. Они нашли выход из этой ситуации, используя другой природный минерал золота — сильванит, его соединение с теллуром и серебром, в качестве своеобразного «шаблона» для просчета свойств отдельных частей калаверита.

Просчитав свойства сильванита и заменив атомы серебра на золото, Оганов и его команда выяснили, что калаверит состоит не из золота, окисленного до степени +2, а смеси атомов в двух разных степенях окисления — +1 и +3, распределенных по кристаллу особым образом.

«Разместить одновалентное и трехвалентное золото, даже если бы оно существовало, так, чтобы они одинаково повторялись в каждом направлении, на треугольной решетке калаверита просто невозможно. Поэтому природа вынуждена идти на компромисс — плавно изменять валентность золота в кристалле. Окружение теллура реагирует на это, что и приводит к необычным искажениям кристаллической решетки», — поясняет Сергей Стрельцов из Института физики металлов РАН в Екатеринбурге.

Эти же расчеты, как отмечают ученые, раскрыли несколько интересных и необычных свойств калаверита. В частности, выяснилось, что его можно превратить в сверхпроводник, сжав до сверхвысоких давлений или добавив в него атомы платины и некоторых других металлов. Подобное поведение, по словам химиков, не характерно для соединений золота.

Вдобавок, расчеты Оганова и его коллег показывают, что возможно существование еще одного «невозможного» соединения золота и теллура, AuTe. Как предполагает химик, оно тоже будет обладать необычной структурой и интересными свойствами, в том числе и сверхпроводимостью.


  • 4
    Андрей Карпушенков
    22.09.1817:55:04

    Подскажите кто-нибудь, что означает описание строения кристалла в четырехмерном пространстве? Методами ФАНа конструируют пространство и через норму кидают туда сюда?

    • 2
      Denis Grabov
      23.09.1814:28:02

      Классические кристаллы должны образуют периодическую решетку в трехмерном пространстве. Это значит, что сиди наблюдатель внутри кристалла, то переместившись на определенное расстояние он обнаружит вокруг себя атомы в определенном пространственном расположении. Переместившись на тоже расстояние и в том же направленни, он снова окажется в точно таком же окружении. Но есть неклассические кристаллы. Их причисляют к кристаллам оттого что они также дают четкую диффракционную картину на рентгенографе.

      Но в трехмерном пространстве математикам и кристаллографам не удается так <<расставить >> их атомы, чтобы соблюсти периодичность. Всего таких способов в трехмерном пространстве 230, но ни оди не подходит. А вот если воспользоваться хитростью и ввести четвертую координату, то вме сходится, что-то типа хитрости с мнимыми числами.

      А чтобы объяснить четкую диффракционную картину на фотопластинке в нормальном физическом пространстве, то представляют себе себе, будто там две разных трехмерных периодических решетки.

      К таким вот неклассическим кристаллам относятся открыты в начале 80х годов квазикристаллы, за это в 2011 году Дан Шехтмам (Израиль) получил Нобелевскую премию. У этих квазикристаллов интересные свойства. Они гладкие как тефлон, очееь износостойкие, химически инертные, плохо проводят тепло. Но они хрупкие и при высоких температурах превращаются в обычные кристаллы. Кроме покрытия сковородок и возможно,бритв примения им пока нет. В этой статье не про квазикристаллы, но тоже про неклассические.

      Отредактировано: Denis Grabov~14:38 23.09.18
Написать комментарий
Отмена
Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,