アンモニア中の金属の導電特性の変化は滑らかであることが判明しました

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ビデオ: 【中1 理科 化学】 アンモニアの発生 (12分) 2022, 12月
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Anonim
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科学者たちは、アンモニア中のアルカリ金属の溶液の特性が電解から金属に徐々に変化することを実験的に示しました。さまざまな濃度の溶液のX線光電子分光スペクトルに基づいて、著者らは、金属含有量の増加に伴い、溶媒和電子のピークがフェルミ準位とプラズモンのピークに分割されることを発見しました。これは、金属特性の出現を示しています。 。研究成果はScienceに掲載されています。

液体アンモニアは、電子を溶媒和してアルカリ金属の安定した溶液を形成するという珍しい特性を持っています。溶液の色は、電子を放出する溶存金属の量によって異なります。電子が少ない場合、溶液は明るい青色になり、多い場合は青銅になります。溶液の電子伝導性の特性の急激な増加を伴うこのような遷移の詳細は、これまで謎のままでした。

チェコ科学アカデミーの有機化学および生化学研究所のTillmannButtersackらは、X線光電子分光法を使用してアンモニア中の電子濃度の増加に伴うエネルギー変化を正確に追跡することができました。軟X線放射光はサンプルから電子をノックアウトし、研究者たちは運動エネルギーによってシステムのエネルギー状態を判断しました。この方法には低圧が必要です。蒸発して圧力を上昇させる可能性のあるアンモニアの比較的高い揮発性を考慮して、研究の著者は、さまざまな濃度のリチウム、ナトリウム、またはカリウムの約100ミクロン幅のアンモニア溶液をマイクロジェットに照射しました。

得られたスペクトルを理論計算と比較すると、著者らは、低金属濃度では、溶媒和電子がそれぞれ10〜12個のアンモニア分子に囲まれ、直径が約8オングストロームの領域を占めることを発見しました。溶液は可視スペクトルの赤色部分の光を吸収したため、濃い青色でした。金属含有量を増やすと、より多くの電子が放出され、1つの溶媒和シェル内でペアが形成されました。さらに高い濃度では、エネルギーレベルが低下し、溶液は金属導体として現れました。さらに、サンプルが視覚的にブロンズになる前から、金属特性が現れ始めました。

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金属の0.08から9.7モルパーセントまでのさまざまな濃度のアンモニア中のリチウム溶液の光電子スペクトル

光電子スペクトルでは、溶媒和電子の濃度が高くなると、局在化した溶媒和電子の脱離エネルギーに対応する狭いピークと約2電子ボルトの二電子がフェルミ準位の鋭いピークとプラズモンのピークに滑らかに変化します。金属中の非局在化電子の特徴である共鳴。科学者たちは、リチウム溶液とカリウム溶液の両方でスムーズな移行を観察しました。高濃度では、アンモニア中のナトリウムは2つの液相に分かれます。

著者によると、分子の電子構造と形状に関連するさらなる理論計算により、伝導特性を変化させるメカニズムをよりよく理解することが可能になります。将来的には、電子を溶媒和する性質もある水を含むシステムで同様の効果を調査する予定です。

実験的アプローチを改善することは、分子レベルで起こる微妙なプロセスを調査するために重要です。そのため、4月末に、科学者たちは、以前は実験的に知られていなかった低周波領域の水三量体のスペクトルを登録できたと報告しました。

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