Исследователи из Рурского университета в Бохуме (Германия) ,основываясь на результатах компьютерного моделирования, показали: молекулы кислорода остаются стабильными при давлении до 1,9 ТПа, что примерно в 19 млн раз выше атмосферного. При более высоких показателях происходит полимеризация молекул кислорода.
По мнению Джиан Сан, сотрудника кафедры теоретической химии, этот факт является абсолютно удивительным. Другие столь же простые молекулы, такие как водород или азот, подобного давления не выдерживают. Также интересно и поведение кислорода в подобных ситуациях: так, его электрическая проводимость сначала увеличивается, а затем уменьшается, прежде чем начнёт возрастать вновь.
Подробно с результатами теоретических изысканий г-на Сана и его коллег можно ознакомиться в журнале Physical Review Letters.
Хорошо известно, что молекула кислорода О2 содержит двойную связь, которая удерживает оба атома вместе. Молекула же азота N2 скреплена тройной связью. Логично предположить, что двойную разорвать куда проще — а значит, именно молекула кислорода должна бы полимеризоваться при более низком давлении. На практике всё оказалось наоборот, и это немало удивило учёных.
Но в конденсированной фазе, когда молекулы становятся ближе друг к другу, в игру вступают силы ближнего взаимодействия, и тут оказывается, что молекула кислорода способна защищать себя от посягательств соседей гораздо эффективнее, чем тот же азот. По мнению г-на Сана, одним из ключевых факторов устойчивости молекулы является наличие неподелённых пар электронов, которые экранируют её от соседей, не позволяя сближаться. В англоязычной литературе такие неподелённые пары в молекулах называют lone pair («одинокая пара») — и есть за что. Даже в обычных условиях молекулярная орбиталь такой пары сильно вытянута и требует как можно больше свободного пространства, расталкивая остальных заместителей. Именно поэтому молекула аммиака NH3 пирамидальная, а не плоская. Так, у каждого атома кислорода в молекуле по две неподелённые пары, в то время как у азота — одна. Следовательно, сила отталкивания между молекулами кислорода будет выше, что и делает его полимеризацию более трудной. Конечно, не стоит забывать и о силе связей в молекулах: если связи слабые, никакие неподелённые пары не помогут её спасти. Очевидно, речь идёт о правильной комбинации числа обоих факторов — неподелённых пар электронов и энергии межатомного взаимодействия в молекуле.
При высоких давлениях газы вроде водорода, монооксида углерода или азота полимеризуются в цéпи, слои или образуют каркасные структуры. При этом их проводимость обычно возрастает с увеличением давления, вплоть до металлической. А вот с кислородом всё гораздо сложнее. При нормальных условиях он изолятор. Если давление повышается, кислород металлизируется и постепенно переходит в сверхпроводящее состояние. При дальнейшем росте его структура становится полимерной, и кислород превращается в полупроводник. Если давление повышается и дальше, кислород снова приобретает металлические свойства, при этом его структура трансформируется сначала в зигзагообразные цепи, а затем в структуру, содержащую металлические слои (как показано на иллюстрации).
Заметим, что полимеризация малых молекул под воздействием высокого давления интересует научное сообщество в силу того, что помогает понять фундаментальные химические и физические принципы геологических и планетарных процессов. Например, давление в центре Юпитера оценивается в 7 ТПа. Было также обнаружено, что полимерные молекулы азота или углекислого газа обладают высокой удельной энергоемкостью и сверхпрочностью.
По материалам;
Компьюлента.ру
PhysOrg.
При компьютерном моделировании это учитывалось?
Утверждение, что кислород остается молекулярным до 1,9 ТПа — способ продать статью в Phys. Rev. Lett., и рефери повелись.
Если межмолекулярные и внутримолекулярные связи различаются меньше, чем на 2% (1.5% при 130 ГПа), можно серьезно говорить о молекулах? То-то.
думаете в среде, где он обладает свойствами металла это реально?
Вот чипы клепать интересно было-б. Только не реально немного) да и куда их...
Кстати не найдя информации о предсказуемости поляризации при переходе в полупроводник, вспомнил о пресловутом квантовом компе. Но, нихера я об этом компе не знаю. Так что не материте)).