Student World

Artem Oganov a jeho kolegové z Moskevského Ústavu fyziky a technologie předpověděli existenci dosud neznámých sloučenin vápníku a uhlíku. Dvě z nich připravili i experimentálně.

Článek byl publikován v Nature Communications. Současné simulace v oblasti chemie už realitě odpovídají se slušnou pravděpodobností. Například přímo na výše uvedené instituci byly simulacemi předpovězeny existence molekul NaCl3, NaCl7, Na3Cl2, Na2Cl a Na3Cl. Zákony klasické chemie se otáčejí v hrobě a působí to prostě jako hloupost, nicméně příslušné látky se pak podařilo syntetizovat i experimentálně. Stejně tak oxidy hliníku a hořčíku s divnými poměry prvků (a tedy i oxidačními čísly).

Ze sloučenin vápníku a uhlíku dobře známe klasický karbid CaC2 (ten si lze představit jako odvozený od acetylenu, s trojnou vazbou mezi atomy uhlíku) a poněkud exotičtější CaC6, u nějž je zajímavé, že je supravodivý do teploty 11,5 K. Oganovův tým doplňuje paletu sloučenin uhlíku s vápníkem o dalších 5 molekul, byť mnohdy stabilních jen za exotických podmínek.

Uhlík a vápník si vědci vybrali kvůli tomu, že jejich elektrické a chemické vlastnosti se hodně mění podle tlaku. Při tlaku 216 GPa je např. vápník prvkem, který mezi samotnými atomy vykazuje supravodivost při nejvyšší teplotě (29 K). Pomocí simulátoru Uspex bylo nyní v rozmezí mezi normálním tlakem a 100 GPa předpovězeno pět nových sloučenin vápníku s uhlíkem: Ca5C2, Ca2C, Ca3C2, CaC a Ca2C3 stabilních v konkrétních rozmezích tlaku. Krystalová struktura je různorodá, od činek a pásů po šestiúhelníky.

Nejzajímavější sloučeninou má být Ca2C (stabilní kolem 14 GPa), jehož chování se blíží grafitu. Jde také o 2D materiál, má vlastnosti kovu a elektrony se v něm prakticky bez odporu pohybují mezi atomy vápníku.

Tým zkusil některé sloučeniny také připravit. Směs vápníku a uhlíku byla nacpána do „komor“ mezi dvěma diamanty, které pak zajistily příslušný tlak. Podle předpovědí vznikla molekula Ca2C3 při tlaku nad 10 GPa a teploty 2 000 K, molekula Ca2C při tlaku nad 22 GPa. Struktury molekul byly pak ověřeny na synchrotronu (kruhovém urychlovači).

Některé z nových sloučenin mají „volné“ elektrony a lze je používat jako silná redukční činidla. Jiné by se mohly stát základem pro další syntézy, třeba nezvyklých uhlovodíků nebo „poloorganických“ sloučenin (tady by byly zajímavé i další karbidy s více atomy uhlíku).

Zdroj: ScienceDaily.com

Poznámka: Uhlík tvoří řetězce, cykly, násobné vazby (včetně „neceločíselných“ aromatických), celou složitou chemii, kde oxidační čísla mají smysl jen pro vyčíslování reakcí, nevystihují podobu molekuly. Proč by nemohly existovat i zvláštní karbidy… Z tohoto hlediska mi existence molekuly Na3Cl přijde osobně pochopitelná mnohem méně.

autor Pavel Houser