08:10 2023-09-30
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Aur rar izbitor: Cercetătorii dezvăluie un material nou infuzat cu aur într-o stare chimică exotică
_ Aur rar izbitor: Cercetătorii dezvăluie un nou material infuzat cu aur într-o stare chimică exotică
Pentru prima dată, cercetătorii de la Stanford au găsit o modalitate de a crea și de a stabiliza o formă extrem de rară de aur care a pierdut doi electroni încărcați negativ, notați Au2+ . Materialul care stabilizează această versiune evazivă a elementului apreciat este un perovskit cu halogenură — o clasă de materiale cristaline care este foarte promițătoare pentru diverse aplicații, inclusiv celule solare mai eficiente, surse de lumină și componente electronice.
p>În mod surprinzător, perovskitul Au2+ este, de asemenea, rapid și simplu de făcut, folosind ingrediente disponibile la temperatura camerei.
„A fost o adevărată surpriză că am putut sintetiza un material stabil. conținând Au2+ — nici măcar nu am crezut asta la început”, a spus Hemamala Karunadasa, profesor asociat de chimie la Școala de Științe Umaniste și Științe Stanford și autor principal al studiului publicat pe 28 august în Nature Chemistry. „Crearea acestui perovskit Au2+, primul de acest fel, este incitantă. Atomii de aur din perovskit prezintă asemănări puternice cu atomii de cupru din supraconductorii de temperatură înaltă, iar atomii grei cu electroni nepereche, cum ar fi Au2+, prezintă efecte magnetice grozave nevăzute. în atomi mai ușori.”
„Perovskiții cu halogenuri posedă proprietăți cu adevărat atractive pentru multe aplicații de zi cu zi, așa că am căutat să extindem această familie de materiale”, a spus Kurt Lindquist, autorul principal al studiului care a condus cercetarea ca student doctorand la Stanford și acum este un savant postdoctoral în chimie anorganică la Universitatea Princeton. „Un perovskit Au2+ fără precedent ar putea deschide noi căi interesante.”
Ca metal elementar, aurul a fost mult timp apreciat pentru raritatea sa relativă, precum și pentru maleabilitatea și inerția chimică de neegalat – ceea ce înseamnă că poate fi modelat cu ușurință. în bijuterii și monede care nu reacționează cu substanțele chimice din mediu și se pătesc în timp. Un motiv cheie suplimentar pentru valoarea sa este culoarea omonimă a aurii; probabil că niciun alt metal în stare pură nu are o nuanță atât de bogată.
Fizica fundamentală din spatele aspectului apreciat al aurului explică, de asemenea, de ce Au2+ este atât de rar, a explicat Karunadasa.
Motivul principal. este efectele relativiste, postulate inițial în celebra teorie a relativității a lui Albert Einstein. „Einstein ne-a învățat că atunci când obiectele se mișcă foarte repede și viteza lor se apropie de o fracțiune semnificativă a vitezei luminii, obiectele devin mai grele”, a spus Karunadasa.
Acest fenomen se aplică și particulelor și are profunde consecințe pentru elementele grele „masive”, precum aurul, ale căror nuclee atomice se laudă cu un număr mare de protoni. Aceste particule exercită colectiv o sarcină pozitivă imensă, forțând electronii încărcați negativ să se rotească în jurul nucleului cu viteze vertiginoase. În consecință, electronii devin grei și înconjoară strâns nucleul, tocindu-i sarcina și permițând electronilor exteriori să se deplaseze mai departe decât în metalele tipice. Această rearanjare a electronilor și a nivelurilor lor de energie duce la absorbția aurului de lumina albastră și, prin urmare, să apară galben pentru ochiul nostru.
Din cauza aranjarii electronilor de aur, datorită relativității, atomul apare în mod natural ca Au1+ și Au3+, pierzând unul sau, respectiv, trei electroni și respingând Au2+. („2+” indică o sarcină pozitivă netă din pierderea a doi electroni încărcați negativ, iar simbolul chimic „Au” pentru aur provine de la „aurum”, cuvântul latin pentru aur.)
Cu doar configurația moleculară potrivită, Au2+ poate rezista, au descoperit cercetătorii de la Stanford. Lindquist a spus că „a dat peste” noul perovskit care adăpostește Au2+ în timp ce lucra la un proiect mai larg centrat pe semiconductori magnetici pentru utilizarea în dispozitive electronice.
Lindquist a amestecat o sare numită clorură de cesiu și clorură de Au3+ împreună în apă și a adăugat acid clorhidric la soluție „cu puțină vitamina C aruncată”, a spus el. În reacția care urmează, vitamina C (un acid) donează un electron (încărcat negativ) către Au3+ comun care formează Au2+. În mod intrigant, Au2+ este stabil în perovskitul solid, dar nu în soluție.
„În laborator, putem face acest material folosind ingrediente foarte simple în aproximativ cinci minute la temperatura camerei”, a spus Lindquist. „Avem o pulbere care este verde foarte închis, aproape neagră și este surprinzător de grea din cauza aurului pe care îl conține.”
Recunoscând că s-ar putea să fi lovit o nouă chimie, ca să spunem așa, Lindquist a interpretat numeroase teste pe perovskit, inclusiv spectroscopie și difracție de raze X, pentru a investiga modul în care acesta absoarbe lumina și pentru a caracteriza structura sa cristalină. Grupurile de cercetare din Stanford în fizică și chimie conduse de Young Lee, profesor de fizică aplicată și de știință fotonică, și Edward Solomon, profesor de chimie Monroe E. Spaght și profesor de știință fotonică, au contribuit în continuare la studierea comportamentului Au2+.
Experimentele au evidențiat în cele din urmă prezența Au2+ într-un perovskit și, în acest proces, au adăugat un capitol la o poveste veche de un secol despre chimie și fizică, care îl implică pe Linus Pauling, care a primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1954 și Premiul Nobel pentru Pace în 1962. La începutul carierei sale, a lucrat la perovskiții de aur care conțineau formele comune Au1+ și Au3+. Întâmplător, Pauling a studiat mai târziu și structura vitaminei C – unul dintre ingredientele necesare pentru a produce un perovskit stabil care conține evazivul Au2+.
„Ne place legătura lui Linus Pauling cu munca noastră”, a spus Karunadasa. „Sinteza acestui perovskit este o poveste bună.”
Privind în viitor, Karunadasa, Lindquist și colegii intenționează să studieze în continuare noul material și să-i modifice chimia. Speranța este că un perovskit Au2+ poate fi folosit în aplicații care necesită magnetism și conductivitate, deoarece electronii trec de la Au2+ la Au3+ în perovskit.
„Suntem încântați să explorăm ce ar putea face un perovskit Au2+.” spuse Karunadasa.
Comentarii:
Adauga Comentariu