化学者は、キセノンと窒素の「磁気抵抗」を克服して結合します

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ビデオ: 【大学化学】化学結合論入門④(原子価結合法 II 混成軌道) 2022, 12月
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Anonim
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以下-キセノンと窒素の混合物が圧力の増加(18から53000気圧)で受ける変換。上-摂氏50度の温度と2万気圧の圧力で起こる混合物の変化。変更は48時間の期間をカバーします。

エジンバラ大学と上海HPSTAR研究センターの化学者は、室温でキセノンと窒素の間にファンデルワールス化合物が形成されることを初めて実証しました。著者らは、2つの実質的に不活性な化合物が約5万気圧の圧力で弱く結合したXe(N2)2分子を形成することを発見しました。その存在は、分光学的およびX線回折法によって確認された。この研究はScientificReportsに掲載されています。

ファンデルワールス結合は、分子間または原子間で発生する最も弱いタイプの相互作用です。それらのエネルギーは、化学結合(共有結合など)のエネルギーよりも桁違いに小さく、水素結合よりも劣っています。それにもかかわらず、状況によっては、そのような接続を記録し、それによって引き起こされる接続を観察することさえできます。たとえば、ヘリウム二量体He2の存在を決定するのはこれらの相互作用です。ファンデルワールス結合によって結合された2つの原子を、スペクトル法を使用して孤立した粒子から区別することができます。このような結合には特徴的な振動周波数があり、たとえば、そのエネルギーを決定できます。

化学者にとって特に興味深いのは、通常は何とも反応しない物質が反応に入る過程です。たとえば、室温のキセノンは、非常に強力な酸化剤であるフッ化白金以外のものとは反応しません。私たちの大気の主成分である窒素は、もう少し活発に化学反応を起こします。室温では、リチウムと化学的に相互作用します。

最近、理論家は、146万気圧の圧力で、キセノンと窒素が互いに反応して、式XeN6の窒化キセノンを形成できると予測しました。新しい研究では、化学者はこの仮定をテストしようとしました。科学者は窒化キセノンの形成の兆候を見つけることができませんでしたが、著者はすでに5万気圧の圧力で、これら2つのガスがファンデルワールス結合を形成していることを発見しました。

実験では、化学者は2つのダイヤモンドアンビルからなるセルに固体キセノン(摂氏–112度未満の温度)を配置しました。次に、純粋な窒素を圧力下に置いた。その後、セルが圧迫され、最大180万気圧の圧力が発生しました。ダイヤモンドの透明性と耐久性により、物理学者はセル内のサンプルのスペクトル測定とX線測定を実行することができました。

ファンデルワールス化合物の形成は、セル上のX線散乱パターンの急激な変化によって示されました。これらのデータに基づいて、著者らは、Xe(N2)2の化学量論に起因すると考えています。結晶セル内のキセノン原子ごとに2つの窒素分子があります。スペクトル特性により、科学者は、物質が圧力の増加に伴ってその電子特性を変化させ、金属になる可能性があることを発見することができました。著者によると、この遷移がキセノン-窒素化合物で発生する圧力は、純粋なキセノンよりも低くなっています。

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左-キセノン結晶(明るいピーク)と液体窒素(リング)でのX線散乱。右-キセノンと窒素の化合物の結晶(リングのセット)および未反応のキセノン結晶(明るいピーク)によるX線散乱

化学者は、高圧(最大180万気圧)および高温(最大2000ケルビン)でのXe(N2)2の高い安定性に注目しています。著者らは、新しい研究は、キセノンが以前に考えられていたよりもはるかに反応性が高いことを再び示していると結論付けています。

最近、英国、日本、フランスの別の化学者グループがキセノンを酸素と結合させ、2つの新しい酸化物Xe3O2とXe2O5を合成しました。これには、新しい作業よりも1桁大きい圧力(約100万気圧)が必要でした。著者らはまた、彼らの仕事でダイヤモンドセルを使用しました。

高圧により、多くの物質が化学的および物理的特性を変化させます。したがって、200万気圧のオーダーの圧力では、典型的な金属ナトリウムは透明な誘電体になり、グラファイトはロンズデーライトに変わり、超伝導特性は一酸化窒素に現れます。最も注目すべき例の1つは、圧力下での硫化水素の挙動です。これは、高温超伝導の記録保持者になります。

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