Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Ученые из МФТИ поняли истинную причину образования «запрещенных» солей

Габриеле Салех, научный сотрудник МФТИ, и Артем Оганов, заведующий лабораторией в МФТИ и профессор Сколтеха, выяснили причину стабильности различных соединений, необычных для «школьной» химии.


Перестройка химических взаимодействий ведет к стабильности «новой» структуры соединений. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Chemistry & Chemical Physics.


Оганов и Салех построили простую модель и сформулировали основные принципы стабильности «запрещенных» веществ. Дополнительно, учёные обновили фазовую диаграмму соединений Na и Cl: добавили новое соединение Na4Cl3 и две новые структуры Na3Cl. Исследования проводились с помощью алгоритма USPEX в сочетании с квантово-механическими расчетами.


«В этой работе мы показали, как можно рационализировать стабильность при высоких давлениях предсказанных ранее структур», — говорят авторы в своей статье.


Ранее Оганов с коллегами экспериментально обнаружили несколько «запрещенных» соединений — Na3Cl, NaCl3, NaCl7 и даже Na3Cl2. Эти соединения устойчивы только при экстремальных давлениях (около 200 тысяч атмосфер) и распадаются в «земных» условиях. Однако понимание того, как эти соединения становятся стабильными при высоких давлениях — задача первостепенной важности для планетологии, междисциплинарной науки об устройстве планет.


Принцип, объясняющий необычное соотношение атомов Na и Сl в «запрещенных» соединениях, состоит в следующем: количество взаимодействий между атомами Na и Cl увеличиваются, в то время как координационные взаимодействия между атомами натрия разрушаются.

Эти координационные взаимодействия (взаимодействия соседних атомов кристалле ответственны за структуру и свойства кристалла (вспомним углерод и графит).

оганов_754.jpg

Структура “школьного” NaCl (справа) и “запрещенного” A3Y (A=Li, Na, K; Y= F, Cl, Br) (слева)

Изображение: пресс-служба МФТИ


При формировании таких стабильных соединений, новые взаимодействия Na-Cl формируются за счёт ослабления металлических связей между атомами натрия. Такая конкуренция между двумя типами связей, на которую влияет давление, и определяет особенности структуры новых соединений.


В дополнение к объяснению стабильности субхлоридов натрия Салех и Оганов предположили, что на месте Na может быть любой щелочной металл, а на месте Сl — любой более тяжёлый галоген. В результате, модель позволяет исследовать свойства субгалогенидов щелочных металлов и предсказывать их стабильность.


Формирование субгалогенидов и механизм, ответственный за него, учёные изучали, рассматривая реакцию 2Na +NaCl ->Na3Cl. Или, в более общем случае: 2A + AY —> A3Y (A=Li, Na, K; Y= F, Cl, Br). В ходе такой реакции как раз и образуются дополнительные связи и взаимодействия, и координационное число (количество связей) у галогена растет.


Расчёты Оганова и Салеха показали, что помимо обнаруженных в 2013 году соединений стабильно еще Na4Cl3, а  Na3Cl имеет еще две новые структуры. Исследование стабильности веществ, образующихся в ходе реакции 2A + AY -> A3Y (A=Li, Na, K; Y= F, Cl, Br), предсказало стабильность Li3Cl, Li3Br, Na3Br при высоких давлениях. Все эти три галогенида имеют структуру, схожую со структурой обнаруженного ранее Na3Cl.

У любого правила должны быть исключения, и вот K3Br и K3Cl имеют совершенно другое строение. Исследователи объясняют это тем, что у калия (K), в отличие от Li  и Na, есть энергетически доступные d-орбитали (если заглянуть в таблицу Менделеева, то можно увидеть специальную пометку). При высоком давлении, эти орбитали вступают в игру и образуют иные химические связи, нежели в соединениях лития и натрия.


Компьютерный дизайн материалов - это новая и перспективная область материаловедения. Благодаря современным вычислительным возможностям и алгоритмам ученные могут предсказывать строения и свойства соединений, что значительно ускоряет и удешевляет процесс производства материалов будущего.
Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика