Three-dimensional na istraktura ng Na2He compound
Ang isang internasyonal na pangkat ng mga siyentipiko mula sa Moscow Institute of Physics and Technology, Skoltech, Nanjing University at Stony Brook University, na pinamumunuan ni Artem Oganov, ay hinulaang at nakuha sa laboratoryo ang isang matatag na tambalan ng sodium at helium - Na 2 He. Ang mga katulad na compound ay maaaring mangyari sa bituka ng Earth at iba pang mga planeta, sa ilalim ng mga kondisyon ng napakataas na presyon at temperatura. Pananaliksik na inilathala sa journal Kimika ng Kalikasan, isang press release mula sa Unibersidad ng Utah ay nag-uulat din nang maikli sa artikulo. Dapat tandaan na ang paunang bersyon ng gawain ay nai-post ng mga may-akda sa anyo ng isang preprint noong 2013.
Ang helium, tulad ng neon, ay ang pinaka-chemically inert na elemento sa periodic table at halos hindi tumutugon dahil sa napuno nitong panlabas na shell ng elektron, mataas na potensyal ng ionization, at zero electron affinity. Sa loob ng mahabang panahon, sinusubukan ng mga siyentipiko na mahanap ang mga matatag na compound nito, halimbawa sa fluorine (HHeF at (HeO)(CsF)), chlorine (HeCl) o lithium (LiHe), ngunit ang mga naturang substance ay umiiral sa loob ng limitadong panahon. Umiiral ang mga matatag na compound ng helium (ito ang NeHe 2 at [email protected] 2 O), gayunpaman, ang helium ay halos walang epekto sa elektronikong istraktura at nauugnay sa iba pang mga atomo ng mga puwersa ng van der Waals. Gayunpaman, maaaring magbago ang sitwasyon kung susubukan mong magtrabaho sa matataas na presyon - sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ang mga marangal na gas ay nagiging mas aktibo at bumubuo ng mga compound, tulad ng mga oxide na may magnesium (Mg-NG, kung saan ang NG ay Xe, Kr o Ar). Samakatuwid, napagpasyahan na maghanap para sa mga naturang compound na may helium.
Ang mga mananaliksik ay nagsagawa ng malawakang paghahanap para sa mga posibleng matatag na compound ng helium na may iba't ibang elemento (H, O, F, Na, K, Mg, Li, Rb, Cs, at iba pa) gamit ang USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography ) code na binuo ni Oganov at ng kanyang mga kasamahan noong 2004. Ito ay lumabas na ang sodium lamang ang bumubuo ng isang matatag na tambalan na may He sa mga pressure na magagamit para sa mga eksperimento sa laboratoryo. Pagkatapos ay napagpasyahan na maghanap ng isang matatag na tambalan ng sistema ng Na-He na may isang minimum na enthalpy ng pagbuo (i.e., ang mga pinaka-matatag) sa iba't ibang mga presyon. Ipinapakita ng mga kalkulasyon na ito ay magiging isang tambalang Na 2 He. Ang reaksyon ng pagbuo ng sangkap na ito ay posible sa mga presyon sa itaas ng 160 GPa, habang ito ay magiging exothermic, i.e. na may paglabas ng init. Sa mga presyon sa ibaba 50 GPa, ang koneksyon ay magiging hindi matatag.
Thermodynamic na katangian ng Na-He system sa iba't ibang pressure
Upang subukan ang mga teoretikal na kalkulasyon, napagpasyahan na subukang makuha ang hinulaang tambalan gamit ang mga anvil ng brilyante na pinainit ng laser radiation. Ang mga manipis na plato ng sodium ay inilagay sa kanila, at ang natitirang espasyo ay napuno ng gas na helium. Sa panahon ng mga eksperimento, kinuha ng mga siyentipiko ang Raman spectra, bilang karagdagan, ang estado ng system ay sinusubaybayan nang biswal at gamit ang paraan ng synchrotron X-ray diffraction. Ang nakuha na data ay inihambing sa mga hinulaang batay sa mga kalkulasyon.
Ang kristal na istraktura ng Na2He sa 300 GPa (a, b) at pamamahagi ng density ng elektron sa loob nito (c) isang bagong kamag-anak ng graphene, dalawang anyo ng alumina na umiiral sa mataas na presyon, pati na rin sa unang pagkakataon na "gluing" ng mga layer sa isang superconductor, na, tulad ng nangyari, ay sinamahan ng pagkawala ng mga katangian ng superconducting nito.
Alexander Voytyuk
MOSCOW, Pebrero 6 - RIA Novosti. Ang mga Russian at dayuhang chemist ay nagpahayag ng posibilidad ng pagkakaroon ng dalawang matatag na compound ng pinaka "xenophobic" na elemento - helium, at eksperimento na nakumpirma ang pagkakaroon ng isa sa kanila - sodium helide, ayon sa isang artikulo na inilathala sa journal Nature Chemistry.
"Ang pag-aaral na ito ay nagpapakita kung paano ganap na hindi inaasahang mga phenomena ay maaaring makita gamit ang pinaka-modernong teoretikal at eksperimental na mga pamamaraan. Ang aming trabaho ay muling naglalarawan kung gaano kaunti ang nalalaman natin ngayon tungkol sa epekto ng matinding mga kondisyon sa kimika, at ang papel ng naturang mga phenomena sa mga proseso sa loob ng mga planeta. na ipaliwanag," sabi ni Artem Oganov, isang propesor sa Skoltech at sa Moscow Phystech sa Dolgoprudny.
Mga lihim ng mga marangal na gas
Ang pangunahing bagay ng Uniberso, na lumitaw ilang daang milyong taon pagkatapos ng Big Bang, ay binubuo lamang ng tatlong elemento - hydrogen, helium at bakas ng lithium. Ang helium ay pa rin ang pangatlong pinaka-masaganang elemento sa uniberso ngayon, ngunit ito ay napakabihirang sa Earth, at ang mga reserbang helium sa planeta ay patuloy na bumababa dahil sa katotohanan na ito ay tumakas sa kalawakan.
Ang isang natatanging tampok ng helium at iba pang mga elemento ng ikawalong pangkat ng periodic table, na tinatawag ng mga siyentipiko na "noble gas", ay ang mga ito ay labis na nag-aatubili - sa kaso ng xenon at iba pang mabibigat na elemento - o sa prinsipyo, tulad ng neon, ay hindi makapasok sa mga reaksiyong kemikal. Mayroon lamang ilang dosenang compound ng xenon at krypton na may fluorine, oxygen at iba pang malakas na oxidizing agent, zero compound ng neon at isang helium compound, na natuklasan sa eksperimentong paraan noong 1925.
Ang tambalang ito, ang pagsasama ng isang proton at helium, ay hindi isang tunay na tambalang kemikal sa mahigpit na kahulugan ng salita - ang helium sa kasong ito ay hindi nakikilahok sa pagbuo ng mga bono ng kemikal, bagaman ito ay nakakaapekto sa pag-uugali ng mga atomo ng hydrogen na pinagkaitan ng isang elektron. Gaya ng inaakala ng mga chemist dati, ang "mga molekula" ng sangkap na ito ay dapat na natagpuan sa interstellar medium, ngunit sa nakalipas na 90 taon, hindi sila natuklasan ng mga astronomo. Ang isang posibleng dahilan para dito ay ang ion na ito ay lubos na hindi matatag at nawasak sa pakikipag-ugnay sa halos anumang iba pang molekula.
Si Artem Oganov at ang kanyang koponan ay nagtaka kung ang mga helium compound ay maaaring umiral sa ilalim ng mga kakaibang kondisyon na bihirang isipin ng mga terrestrial chemist - sa napakataas na presyon at temperatura. Matagal nang pinag-aaralan ni Oganov at ng kanyang mga kasamahan ang gayong "exotic" na kimika at nakabuo pa ng isang espesyal na algorithm para sa paghahanap ng mga sangkap na umiiral sa ilalim ng gayong mga kundisyon. Sa tulong niya, natuklasan nila na ang kakaibang orthocarbonic acid, "imposible" na mga bersyon ng ordinaryong table salt, at ilang iba pang mga compound na "lumabag" sa mga batas ng klasikal na kimika ay maaaring umiral sa kalaliman ng mga higanteng gas at ilang iba pang mga planeta.
Gamit ang parehong sistema, natuklasan ng USPEX, Russian at dayuhang mga siyentipiko na sa mga ultra-high pressure na lumalampas sa atmospheric pressure ng 150 thousand at isang milyong beses, mayroong dalawang matatag na helium compound nang sabay-sabay - sodium helide at sodium oxygelide. Ang unang compound ay binubuo ng dalawang sodium atoms at isang helium atom, habang ang pangalawa ay binubuo ng oxygen, helium at dalawang sodium atoms.
Ang sobrang mataas na presyon ay naging sanhi ng asin upang 'masira' ang mga patakaran ng kimikaGinawa ng mga chemist ng American-Russian at European ang ordinaryong table salt sa isang kemikal na "imposible" na tambalan, na ang mga molekula ay nakaayos sa mga kakaibang istruktura ng iba't ibang bilang ng mga atomo ng sodium at klorin.Atom sa isang diamond anvil
Ang parehong mga pressure ay madaling makuha gamit ang mga modernong diamond anvil, na ginawa ng mga kasamahan ni Oganov sa ilalim ng patnubay ng isa pang Ruso, si Alexander Goncharov mula sa Geophysical Laboratory sa Washington. Gaya ng ipinakita ng kanyang mga eksperimento, nabubuo ang sodium gelide sa presyon na humigit-kumulang 1.1 milyong atmospheres at nananatiling matatag hanggang sa hindi bababa sa 10 milyong atmospheres.
Kapansin-pansin, ang sodium helide ay katulad sa istraktura at mga katangian ng mga fluorine salt, ang "kapitbahay" ng helium sa periodic table. Ang bawat helium atom sa "asin" na ito ay napapalibutan ng walong sodium atoms, katulad ng istraktura ng calcium fluoride o anumang iba pang asin ng hydrofluoric acid. Ang mga electron sa Na2He ay "naaakit" sa mga atomo nang napakalakas na ang tambalang ito, hindi katulad ng sodium, ay isang insulator. Tinatawag ng mga siyentipiko ang gayong mga istruktura na mga kristal na ionic, dahil ang mga electron ay tumatagal ng papel at lugar ng mga negatibong sisingilin na mga ion sa kanila.
"Ang tambalang natuklasan namin ay hindi pangkaraniwan: kahit na ang mga helium atoms ay hindi direktang nakikilahok sa kemikal na bono, ang kanilang presensya sa panimula ay nagbabago sa mga pakikipag-ugnayan ng kemikal sa pagitan ng mga atomo ng sodium, na nag-aambag sa malakas na lokalisasyon ng mga valence electron, na ginagawang isang insulator ang nagresultang materyal," paliwanag ni Xiao Dong mula sa unibersidad ng Nankan sa Tianjin (China).
Ang isa pang compound, Na2HeO, ay naging matatag sa hanay ng presyon mula 0.15 hanggang 1.1 milyong mga atmospheres. Ang sangkap ay isa ring ionic na kristal at may istraktura na katulad ng Na2He, tanging ang papel ng mga negatibong sisingilin na mga ion sa kanila ay hindi nilalaro ng mga electron, ngunit ng mga atomo ng oxygen.
Kapansin-pansin, ang lahat ng iba pang alkali metal, na may mas mataas na reaktibiti, ay mas maliit ang posibilidad na bumuo ng mga compound na may helium sa mga presyon na lumalampas sa atmospheric pressure nang hindi hihigit sa 10 milyong beses.
Iniuugnay ito ni Oganov at ng kanyang mga kasamahan sa katotohanan na ang mga orbit kung saan gumagalaw ang mga electron sa mga atomo ng potassium, rubidium at cesium ay kapansin-pansing nagbabago sa pagtaas ng presyon, na hindi nangyayari sa sodium, para sa mga kadahilanang hindi pa malinaw. Naniniwala ang mga siyentipiko na ang sodium gelide at iba pang katulad na mga sangkap ay matatagpuan sa mga core ng ilang mga planeta, white dwarf at iba pang mga bituin.
Ang lithium helium molecule LiHe ay isa sa mga pinaka marupok na molekula na kilala. Ang laki nito ay higit sa sampung beses ang laki ng mga molekula ng tubig.
Kondisyon na istraktura ng helium (kaliwa) at lithium (kanan) na mga atom.
© Ang Unibersidad ng Birmingham
Tulad ng nalalaman, ang mga neutral na atomo at molekula ay maaaring bumuo ng higit pa o hindi gaanong matatag na mga bono sa isa't isa sa tatlong paraan. Una, sa tulong ng mga covalent bond, kapag ang dalawang atom ay nagbabahagi ng isa o higit pang karaniwang mga pares ng elektron. Ang mga covalent bond ay ang pinakamatibay sa tatlo. Ang katangian ng enerhiya ng kanilang pagkalagot ay karaniwang katumbas ng ilang electron volts.
Makabuluhang mas mahina ang mga covalent hydrogen bond. Ito ang atraksyon na nangyayari sa pagitan ng isang nakagapos na atom ng hydrogen at isang electronegative na atom ng isa pang molekula (kadalasan ang naturang atom ay oxygen o nitrogen, mas madalas na fluorine). Sa kabila ng katotohanan na ang enerhiya ng mga bono ng hydrogen ay daan-daang beses na mas mababa kaysa sa mga covalent bond, sila ang higit na tumutukoy sa mga pisikal na katangian ng tubig, at gumaganap din ng isang mahalagang papel sa organikong mundo.
Sa wakas, ang pinakamahina ay ang tinatawag na interaksyon ng van der Waals. Minsan tinatawag din itong dispersed. Ito ay lumitaw bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng dipole-dipole ng dalawang atomo o molekula. Sa kasong ito, ang mga dipole ay maaaring maging likas sa mga molekula (halimbawa, ang tubig ay may dipole moment), o ma-induce bilang resulta ng pakikipag-ugnayan.
Isang conditional diagram na nagpapaliwanag kung paano umusbong ang mga dispersion forces.© Ang Unibersidad ng Akron
Ang katangiang enerhiya ng bono ng van der Waals ay mga yunit ng kelvin (ang electron volt na binanggit sa itaas ay tumutugma sa humigit-kumulang 10,000 kelvin). Ang pinakamahina sa van der Waals ay ang pagkabit sa pagitan ng dalawang sapilitan na dipoles. Kung mayroong dalawang non-polar atoms, pagkatapos bilang isang resulta ng thermal motion, ang bawat isa sa kanila ay may isang tiyak na random na oscillating dipole moment (ang electron shell, parang, nanginginig nang bahagya na nauugnay sa nucleus). Ang mga sandaling ito, na nakikipag-ugnayan sa isa't isa, bilang isang resulta ay nakararami ang mga ganoong oryentasyon na nagsisimulang maakit ng dalawang atomo.
Ang pinaka-inert sa lahat ng mga atom ay helium. Hindi ito pumapasok sa mga covalent bond sa anumang iba pang atom. Kasabay nito, ang halaga ng polarizability nito ay napakaliit, iyon ay, mahirap para dito na bumuo ng mga dispersed bond. Gayunpaman, mayroong isang mahalagang pangyayari. Ang mga electron sa isang helium atom ay napakalakas na nakagapos ng nucleus na maaari itong dalhin nang napakalapit sa iba pang mga atomo nang walang takot sa mga puwersang salungat - hanggang sa layo ng pagkakasunud-sunod ng radius ng atom na ito. Ang dispersed forces ay lumalaki nang napakabilis sa pagbaba ng distansya sa pagitan ng mga atomo - inversely proportional sa ikaanim na kapangyarihan ng distansya!
Kaya't ipinanganak ang ideya: kung maglalapit ka ng dalawang helium atoms sa isa't isa, gayunpaman, magkakaroon ng marupok na bono ng van der Waals sa pagitan nila. Ito, sa katunayan, ay natanto noong kalagitnaan ng 1990s, bagaman nangangailangan ito ng malaking pagsisikap. Ang enerhiya ng naturang bono ay 1 mK lamang, at ang molekula ng He₂ ay nakita sa maliliit na halaga sa mga supercooled na helium jet.
Kasabay nito, ang mga katangian ng molekula ng He₂ ay sa maraming paraan natatangi at hindi karaniwan. Kaya, halimbawa, ang laki nito ay ... mga 5 nm! Para sa paghahambing, ang laki ng isang molekula ng tubig ay humigit-kumulang 0.1 nm. Kasabay nito, ang pinakamababang potensyal na enerhiya ng molekula ng helium ay nahuhulog sa isang mas maikling distansya - mga 0.2 nm - gayunpaman, sa karamihan ng oras - mga 80% - ang mga atomo ng helium sa molekula ay gumugugol sa tunneling mode, iyon ay, sa ang rehiyon kung saan sila matatagpuan sa loob ng balangkas ng klasikal na mekanika ay hindi maaaring.
Ito ang hitsura ng isang molekula ng helium.Ang average na distansya sa pagitan ng mga atom ay lumampas sa kanilang laki.
© Institut für Kernphysik, J. W. Goethe Universität
Ang susunod na pinakamalaking atom pagkatapos ng helium ay lithium, kaya pagkatapos makuha ang molekula ng helium, naging natural na pag-aralan ang posibilidad ng pag-aayos ng koneksyon sa pagitan ng helium at lithium. Noong 2013, sa wakas ay nagawa ng mga siyentipiko iyon. Ang molekula ng lithium-helium LiHe ay may mas mataas na nagbubuklod na enerhiya kaysa sa helium-helium - 34 ± 36 mK, at ang distansya sa pagitan ng mga atomo, sa kabaligtaran, ay mas maliit - mga 2.9 nm. Gayunpaman, kahit na sa molekula na ito, ang mga atom sa halos lahat ng oras ay nasa mga klasikong ipinagbabawal na estado sa ilalim ng hadlang ng enerhiya. Kapansin-pansin, ang potensyal na balon para sa molekula ng LiHe ay napakaliit na maaari itong umiral sa isang estado lamang ng vibrational na enerhiya, na talagang isang doublet split dahil sa pag-ikot ng ⁷Li atom. Ang pare-pareho ng pag-ikot nito ay napakalaki (mga 40 mK) na ang paggulo ng rotational spectrum ay humahantong sa pagkasira ng molekula.
Mga potensyal ng mga molecule na pinag-uusapan (solid curves) at ang squared modulus ng wave functions ng mga atoms sa kanila (dashed curves). Ang mga puntos ay minarkahan din ng PM - potensyal na minimum, OTP - panlabas na turning point para sa pinakamababang antas ng enerhiya, MIS - weighted average na distansya sa pagitan ng mga atom.© Brett Esry/Kansas State University
Sa ngayon, ang mga resulta na nakuha ay kawili-wili lamang mula sa isang pangunahing punto ng view. Gayunpaman, interesado na sila sa mga kaugnay na larangan ng agham. Kaya, ang mga kumpol ng helium ng maraming particle ay maaaring maging kasangkapan para sa pag-aaral ng mga epekto ng pagkaantala sa vacuum ng Casimir. Ang pag-aaral ng pakikipag-ugnayan ng helium-helium ay mahalaga din para sa quantum chemistry, na maaaring subukan ang mga modelo nito sa sistemang ito. At, siyempre, walang duda na ang mga siyentipiko ay gagawa ng iba pang kawili-wili at mahalagang mga aplikasyon para sa mga labis na bagay tulad ng mga molekula ng He₂ at LiHe.
Nakuha at nairehistro ng mga siyentipiko ang lithium-helium molecule na LiHe. Ito ay isa sa mga pinaka-marupok na molekula na kilala. At ang sukat nito ay higit sa sampung beses na mas malaki kaysa sa laki ng mga molekula ng tubig.
Tulad ng nalalaman, ang mga neutral na atomo at molekula ay maaaring bumuo ng higit pa o hindi gaanong matatag na mga bono sa isa't isa sa tatlong paraan. Una, sa tulong ng mga covalent bond, kapag ang dalawang atom ay nagbabahagi ng isa o higit pang karaniwang mga pares ng elektron. Ang mga covalent bond ay ang pinakamatibay sa tatlo. Ang katangian ng enerhiya ng kanilang pagkalagot ay karaniwang katumbas ng ilang electron volts.
Makabuluhang mas mahina ang mga covalent hydrogen bond. Ito ang atraksyon na nangyayari sa pagitan ng isang nakagapos na atom ng hydrogen at isang electronegative na atom ng isa pang molekula (kadalasan ang naturang atom ay oxygen o nitrogen, mas madalas na fluorine). Sa kabila ng katotohanan na ang enerhiya ng mga bono ng hydrogen ay daan-daang beses na mas mababa kaysa sa mga covalent bond, sila ang higit na tumutukoy sa mga pisikal na katangian ng tubig, at gumaganap din ng isang mahalagang papel sa organikong mundo.
Sa wakas, ang pinakamahina ay ang tinatawag na interaksyon ng van der Waals. Minsan tinatawag din itong dispersed. Ito ay lumitaw bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng dipole-dipole ng dalawang atomo o molekula. Sa kasong ito, ang mga dipole ay maaaring maging likas sa mga molekula (halimbawa, ang tubig ay may dipole moment), o ma-induce bilang resulta ng pakikipag-ugnayan.
Ang katangiang enerhiya ng bono ng van der Waals ay mga yunit ng kelvin (ang electron volt na binanggit sa itaas ay tumutugma sa humigit-kumulang 10,000 kelvin). Ang pinakamahina sa van der Waals ay ang pagkabit sa pagitan ng dalawang sapilitan na dipoles. Kung mayroong dalawang non-polar atoms, pagkatapos bilang isang resulta ng thermal motion, ang bawat isa sa kanila ay may isang tiyak na random na oscillating dipole moment (ang electron shell, parang, nanginginig nang bahagya na nauugnay sa nucleus). Ang mga sandaling ito, na nakikipag-ugnayan sa isa't isa, bilang isang resulta ay nakararami ang mga ganoong oryentasyon na nagsisimulang maakit ng dalawang atomo.
Ang pinaka-inert sa lahat ng mga atom ay helium. Hindi ito pumapasok sa mga covalent bond sa anumang iba pang atom. Kasabay nito, ang halaga ng polarizability nito ay napakaliit, iyon ay, mahirap para dito na bumuo ng mga dispersed bond. Gayunpaman, mayroong isang mahalagang pangyayari. Ang mga electron sa isang helium atom ay napakalakas na nakagapos ng nucleus na maaari itong dalhin nang napakalapit sa iba pang mga atomo nang walang takot sa mga puwersang salungat - hanggang sa layo ng pagkakasunud-sunod ng radius ng atom na ito. Ang dispersed forces ay lumalaki nang napakabilis sa pagbaba ng distansya sa pagitan ng mga atomo - inversely proportional sa ikaanim na kapangyarihan ng distansya!
Kaya't ipinanganak ang ideya: kung maglalapit ka ng dalawang helium atoms sa isa't isa, gayunpaman, magkakaroon ng marupok na bono ng van der Waals sa pagitan nila. Ito, sa katunayan, ay natanto noong kalagitnaan ng 1990s, bagaman nangangailangan ito ng malaking pagsisikap. Ang enerhiya ng naturang bono ay 1 mK lamang, at ang molekula ng He2 ay nakita sa maliit na halaga sa mga supercooled na helium jet.
Kasabay nito, ang mga katangian ng molekula ng He2 ay sa maraming aspeto natatangi at hindi pangkaraniwan. Kaya, halimbawa, ang laki nito ay ... mga 5 nm! Para sa paghahambing, ang laki ng isang molekula ng tubig ay humigit-kumulang 0.1 nm. Kasabay nito, ang pinakamababang potensyal na enerhiya ng molekula ng helium ay nahuhulog sa isang mas maikling distansya - mga 0.2 nm - gayunpaman, sa karamihan ng oras - mga 80% - ang mga atomo ng helium sa molekula ay gumugugol sa tunneling mode, iyon ay, sa ang rehiyon kung saan sila matatagpuan sa loob ng balangkas ng klasikal na mekanika ay hindi maaaring.
Ang susunod na pinakamalaking atom pagkatapos ng helium ay lithium, kaya pagkatapos makuha ang molekula ng helium, naging natural na pag-aralan ang posibilidad ng pag-aayos ng koneksyon sa pagitan ng helium at lithium. At ngayon, sa wakas, nagawa ito ng mga siyentipiko. Ang molekula ng lithium-helium LiHe ay may mas mataas na nagbubuklod na enerhiya kaysa sa helium-helium - 34 ± 36 mK, at ang distansya sa pagitan ng mga atomo, sa kabaligtaran, ay mas maliit - mga 2.9 nm. Gayunpaman, kahit na sa molekula na ito, ang mga atom sa halos lahat ng oras ay nasa mga klasikong ipinagbabawal na estado sa ilalim ng hadlang ng enerhiya. Kapansin-pansin, ang potensyal na balon para sa molekula ng LiHe ay napakaliit na maaari itong umiral sa isang estado lamang ng vibrational na enerhiya, na talagang isang doublet split dahil sa pag-ikot ng 7Li atom. Ang pare-pareho ng pag-ikot nito ay napakalaki (mga 40 mK) na ang paggulo ng rotational spectrum ay humahantong sa pagkasira ng molekula.
Brett Esry/Kansas State University
Sa ngayon, ang mga resulta na nakuha ay kawili-wili lamang mula sa isang pangunahing punto ng view. Gayunpaman, interesado na sila sa mga kaugnay na larangan ng agham. Kaya, ang mga kumpol ng helium ng maraming particle ay maaaring maging kasangkapan para sa pag-aaral ng mga epekto ng pagkaantala sa vacuum ng Casimir. Ang pag-aaral ng pakikipag-ugnayan ng helium-helium ay mahalaga din para sa quantum chemistry, na maaaring subukan ang mga modelo nito sa sistemang ito. At, siyempre, walang duda na ang mga siyentipiko ay gagawa ng iba pang kawili-wili at mahalagang mga aplikasyon para sa mga labis na bagay tulad ng mga molekula ng He2 at LiHe.
Maaaring narinig mo na ang pariralang "ginawa ka sa stardust" - at totoo ito. Marami sa mga particle na bumubuo sa iyong katawan, at ang mundo sa paligid mo, ay nabuo sa loob ng mga bituin bilyun-bilyong taon na ang nakalilipas. Ngunit may ilang mga materyales na nabuo sa pinakadulo simula, pagkatapos ng kapanganakan ng Uniberso.
Naniniwala ang ilang astronomo na lumitaw ang mga ito ilang minuto lamang pagkatapos ng Big Bang. Ang pinaka-masaganang elemento sa uniberso ay hydrogen at helium, na may napakaliit na halaga ng kemikal na lithium.
Maaaring matukoy ng mga astronomo na may maliit na katumpakan kung gaano karami ang lithium sa unang bahagi ng Uniberso. Upang gawin ito, kailangan mong galugarin ang mga pinakalumang bituin. Ngunit ang mga resulta na nakuha ay hindi tumutugma - sa mga lumang bituin ito ay naging 3 beses na mas mababa lithium kaysa sa inaasahan na matagpuan! Ang dahilan ng misteryong ito ay hindi pa rin alam.
Tingnan natin nang maigi...
Sa mahigpit na pagsasalita, sa kasalukuyang antas ng aming mga obserbasyon, dapat ay walang error: mayroong napakakaunting lithium. Ang sitwasyon ay malinaw na nagpapahiwatig ng ilang bagong physics, isang proseso na hindi namin alam na naganap kaagad pagkatapos ng Big Bang.
Ang pinakahuling pag-aaral sa paksang ito ay humipo sa mga rehiyon na hindi gaanong nagbago mula noong Big Bang - ang mga kapaligiran ng mga lumang bituin na matatagpuan sa periphery ng Milky Way. Dahil ang mga ito ay nakahiwalay sa core, kung saan ang lithium ay maaaring gawin, ang posibilidad ng late contamination na makakaapekto sa mga resulta ay dapat na napakaliit. Ang kanilang mga atmospheres ay naglalaman lamang ng halos isang katlo ng antas na hinulaang ng mga simulation para sa lithium-7. Ang mga rason? Isang paliwanag na ibinigay ay nalunod siya. Ang Lithium mula sa kapaligiran ng mga bituin ay nagsimulang lumubog sa bagay ng mga bituin, na unti-unting umabot sa kanilang kalaliman. Samakatuwid, hindi ito nakikita sa kanilang mga kapaligiran.
Si Christopher Hawk ng University of Notre Dame (Indiana, USA) at mga kasamahan ay nagsagawa upang i-verify ang mga resulta batay sa data mula sa Small Magellanic Cloud, isang satellite galaxy ng Milky Way. At upang maalis ang data mula sa epekto ng "pabulusok na lithium" at iba pang mga impluwensya ng mga lokal na proseso ng stellar, sinuri ng mga mananaliksik ang mga nilalaman ng interstellar gas sa dwarf galaxy na ito, na nagmumungkahi na dapat niyang ipagmalaki ang kanyang lithium: walang malunod dito.
Gamit ang mga obserbasyon mula sa Very Large Telescope ng European Southern Observatory, natagpuan ng mga astronomo ang kasing dami ng lithium gaya ng hinulaang modelo ng Big Bang, gaya ng iniulat sa journal Nature. Ngunit ito, sayang, ay hindi nakatulong nang malaki sa paglutas ng isyu. Ang katotohanan ay ang lithium ay patuloy na nabuo sa Uniberso sa kurso ng mga natural na proseso, at ang mga pagsabog ng supernova ay pantay na namamahagi nito sa buong Metagalaxy, tulad ng lahat ng iba pang mga elemento na ginawa sa kalaliman. Ang mga bagong resulta, ayon kay Christopher Hawke, ay nagpalala lamang sa misteryo ng lithium: "Maaari lamang nating pag-usapan ang solusyon sa problemang ito kung walang pagbabago sa dami ng lithium na magagamit mula noong Big Bang." At iyon ay nasa sukat lamang ng Maliit na Magellanic Cloud!
Pinakamahalaga, napakahirap isipin na sa loob ng mga 12–13 bilyong taon ng thermonuclear fusion, na lumikha ng napakabibigat na elemento na ginagawang posible ang buhay sa Earth, ang lithium ay hindi ginawa sa ilang kadahilanan. Hindi bababa sa aming kasalukuyang pag-unawa sa thermonuclear nucleosynthesis ay hindi nagpapahintulot sa amin na ilagay ang gayong hypothesis.
Mas malala pa, ipinakita ng bagong gawa ni Miguel Pato ng Technical University of Munich (Germany) at Fabio Iocco ng University of Stockholm (Sweden) na hindi lamang napakalaking black hole sa core ng mga galaxy, kundi pati na rin ang pinakakaraniwan (at higit pa. maraming) mga itim na butas ng stellar na pinagmulan ay dapat bumuo ng lithium sa kanilang mga accretion disk, at medyo intensively.
Ngayon ay lumalabas na halos bawat microquasar (isang BH system lamang - isang accretion disk) ay dapat lumikha ng lithium. Ngunit ayon sa teorya, dapat ay higit pa sa kanila kaysa sa SMBH, sabi ni Miguel Pato.
Sa madaling salita, wala pang kalinawan sa isyung ito. Si Christopher Hawke, halimbawa, ay nagmumungkahi na kaagad pagkatapos ng Big Bang, ang ilang mga kakaibang reaksyon mula sa isang pisikal na pananaw ay maaaring maganap sa Uniberso, kung saan lumahok ang mga particle ng dark matter, at pinigilan nila ang pagbuo ng lithium. Maaaring ipaliwanag nito kung bakit mayroong mas maraming lithium sa Maliit na Magellanic Cloud kaysa sa ating Galaxy: ang mga dwarf galaxies, na kinabibilangan ng MMO, ay dapat na hindi gaanong aktibo sa pag-akit ng dark matter sa unang bahagi ng Uniberso. Nangangahulugan ito na ang mga hypothetical na reaksyon na ito ay may mas kaunting epekto sa konsentrasyon ng lithium sa kanila. Si Mr. Hawk ay nagnanais na subukan ang ideyang ito sa tulong ng isang mas malalim na pag-aaral ng Maliit na Magellanic Cloud ...
Hanggang ngayon, maaari lamang tayong maghanap ng lithium sa pinakamalapit na bituin ng ating Galaxy. At kaya natukoy ng isang pangkat ng mga astronomo ang antas ng nilalaman ng lithium sa isang kumpol ng bituin sa labas ng ating Galaxy.
May sikreto ang star cluster na Messier 54 - hindi ito kabilang sa Milky Way, at bahagi ito ng satellite galaxy - isang dwarf elliptical galaxy sa Sagittarius. Ang lokasyon ng cluster na ito ay nagpapahintulot sa mga siyentipiko na suriin kung ang kasaganaan ng lithium sa mga bituin sa labas ng Milky Way ay mababa din.
Sa paligid ng Milky Way, mayroong higit sa 150 globular star cluster, na binubuo ng daan-daang libong sinaunang bituin. Ang isang tulad na kumpol, kasama ang iba pa sa konstelasyon na Sagittarius, ay natuklasan noong huling bahagi ng ika-18 siglo ng French comet hunter na si Charles Messier, at tinawag ang kanyang pangalan na Messier 54.
Sa loob ng higit sa dalawang siglo, nagkamali ang mga siyentipiko na naniniwala na ang M54 ay ang parehong kumpol ng lahat ng iba pa sa Milky Way, ngunit noong 1994 ay natuklasan na ang kumpol ng bituin na ito ay kabilang sa isa pang kalawakan - ang dwarf elliptical galaxy sa Sagittarius. Ang bagay ay natagpuan din na 90,000 light-years mula sa Earth, higit sa tatlong beses ang distansya sa pagitan ng Araw at ng sentro ng kalawakan.
Sa ngayon, sinusubaybayan ng mga astronomo ang M54 gamit ang VLT Survey, sinusubukang lutasin ang isa sa mga pinaka-puzzling tanong sa modernong astronomy tungkol sa pagkakaroon ng lithium sa mga bituin.
Sa larawang ito makikita mo hindi lamang ang kumpol mismo, kundi pati na rin ang isang napakasiksik na foreground, na binubuo ng mga bituin ng Milky Way. Larawan ni ESO.
Noong nakaraan, natukoy lamang ng mga astronomo ang kasaganaan ng lithium sa mga bituin ng Milky Way. Gayunpaman, ginamit na ngayon ng isang pangkat ng pananaliksik na pinamumunuan ni Alessio Mucciarelli ng Unibersidad ng Bologna ang VLT Survey upang sukatin ang kasaganaan ng lithium sa extragalactic star cluster M54. Ipinakita ng pag-aaral na ang dami ng lithium sa mga lumang bituin na M54 ay hindi naiiba sa mga bituin ng Milky Way. Samakatuwid, saanman mawala ang lithium, ang Milky Way ay ganap na walang kinalaman dito.
metalikong lithium
Ang Lithium ay ang pinakamagaan na metal, 5 beses na mas magaan kaysa aluminyo. Ang Lithium ay nakuha ang pangalan nito dahil ito ay matatagpuan sa "mga bato" (Greek λίθος - bato). Ang pangalan ay iminungkahi ni Berzelius. Ito ay isa sa tatlong elemento (bukod sa hydrogen at helium) na nabuo sa panahon ng primordial nucleosynthesis pagkatapos ng Big Bang, bago ang pagsilang ng mga bituin. Simula noon, ang konsentrasyon nito sa uniberso ay nanatiling halos hindi nagbabago.
Ang Lithium ay wastong matatawag na pinakamahalagang elemento ng modernong sibilisasyon at pag-unlad ng teknolohiya. Sa nakaraan at sa siglo bago ang huling, ang mga tagapagpahiwatig ng paggawa ng pinakamahalagang mga acid at metal, tubig at enerhiya carrier ay ang pamantayan para sa pag-unlad ng pang-industriya at pang-ekonomiyang kapangyarihan ng mga estado. Sa ika-21 siglo, ang lithium ay matatag at permanenteng pumasok sa listahan ng mga naturang tagapagpahiwatig. Ngayon, ang lithium ay may pambihirang pang-ekonomiya at estratehikong kahalagahan sa mga advanced na industriyal na bansa.
Sa pamamagitan ng pag-aaral ng bagong bituin na Nova Delphini 2013 (V339 Del), natuklasan ng mga astronomo ang chemical precursor ng lithium, kaya ginawa ang unang direktang mga obserbasyon sa mga proseso ng pagbuo ng ikatlong elemento sa periodic table - na dati ay ipinapalagay lamang ayon sa teorya.
"Hanggang ngayon, ang mga siyentipiko ay walang direktang katibayan ng pagbuo ng lithium sa mga bagong bituin, ngunit pagkatapos magsagawa ng aming pag-aaral, maaari naming sabihin na ang mga naturang proseso ay nagaganap," sabi ng pangunahing may-akda ng bagong gawaing siyentipiko, si Akito Taitsu mula sa National Observatory ng Japan.
Ang mga pagsabog ng mga bagong bituin ay nangyayari kapag, sa isang malapit na binary star system, ang bagay ay dumadaloy mula sa isa sa mga bumubuo nitong bituin patungo sa ibabaw ng isang kasamang bituin - isang puting dwarf. Ang isang hindi makontrol na reaksyong thermonuclear ay nagdudulot ng isang matalim na spike sa ningning ng isang bituin, na humahantong naman sa pagbuo ng mga elementong mas mabigat kaysa sa hydrogen at helium, na naroroon sa makabuluhang dami sa loob ng karamihan sa mga bituin ng uniberso.
Ang isa sa mga elemento ng kemikal na nabuo bilang resulta ng naturang pagsabog ay ang laganap na lithium isotope na Li-7. Habang ang karamihan sa mga mabibigat na elemento ng kemikal ay nabuo sa mga core ng mga bituin at sa mga pagsabog ng supernova, ang Li-7 ay masyadong marupok na elemento upang mapaglabanan ang mataas na temperatura na pinananatili sa karamihan ng mga stellar core.
Ang ilan sa mga lithium na naroroon sa uniberso ay nabuo bilang resulta ng Big Bang. Bilang karagdagan, ang ilang halaga ng lithium ay maaaring mabuo bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng mga cosmic ray sa mga bituin at interstellar matter. Gayunpaman, hindi ipinapaliwanag ng mga prosesong ito ang labis na dami ng lithium na naroroon sa uniberso ngayon.
Noong 1950s Iminungkahi ng mga siyentipiko na ang lithium sa Uniberso ay maaaring mabuo mula sa beryllium isotope Be-7, na nabuo malapit sa ibabaw ng mga bituin at maaaring ilipat sa outer space, kung saan ang epekto ng mataas na temperatura sa materyal ay nabawasan, at ang bagong ang nabuong lithium ay nananatili sa isang matatag na estado. Gayunpaman, hanggang ngayon, ang mga obserbasyon mula sa Earth ng lithium na nabuo malapit sa ibabaw ng isang bituin ay medyo mahirap na gawain.
Ginamit ni Taitsu at ng kanyang koponan ang Subaru Telescope sa Hawaii para sa kanilang mga obserbasyon. Sa panahon ng pagmamasid, malinaw na naitala ng koponan kung paano ang nuclide Be-7, na may kalahating buhay na 53 araw, ay naging Li-7.
