fémes tulajdonságok jósolt astatine

ez az egyik legtitokzatosabb a kémiai elemek. Mindenki tudja, hogy az astatine, a 85-ös elem, a halogéncsoport alján ül, de senki sem tudja, hogy néz ki. Az asztatin a legritkább természetben előforduló elem, stabil izotópjai nincsenek: a leghosszabb élettartamú, felezési ideje mindössze 8,1 óra. Tehát soha senki nem kapott eleget ahhoz, hogy szabad szemmel látható legyen.

Ha ez valaha is megtörténik, a Physical Review Letters-ben közzétett új első alapelvek számításai azt jósolják, hogy fémes szilárd anyag lesz. Ez talán nem is olyan meglepő, tekintve, hogy a jód, a periódusos rendszerben felette lévő halogén maga is sötét ezüstös szilárd anyag (bár nem igazán fémes), és hogy az asztatin olvadáspontja 302oC. De az új eredmények valódi meglepetése az, hogy a szilárd anyag nem kétatomos molekulákból állna, mint az összes többi halogén, hanem monatomikus lenne. A számításokat Andreas Hermann végezte, aki jelenleg a skóciai Edinburgh-i Egyetemen dolgozik, valamint Roald Hoffmann és Neil Ashcroft veterán teoretikusok a New York-i Ithaca-i Cornell Egyetemen.Yanming ma, a kínai Changchun-I Jilin Egyetem elméleti fizikusa, aki a többi halogén nagynyomású szilárd fázisain dolgozott, ezt csodálatos tanulmánynak nevezi. A szerzők meggyőző bizonyítékot szolgáltatnak a szilárd asztatin meglepő viselkedésére – mondja, hozzátéve, hogy a meglepetés kettős: ‘nem molekuláris formája és fémessége környezeti nyomáson.’

ezt a viselkedést könnyű lenne kihagyni, mert csak akkor nyilvánul meg, ha a számítások teljes mértékben figyelembe veszik a speciális relativitáselmélet hatásait a nagyon nehéz atomok elektronikus szerkezetére: a gyorsan mozgó elektronok tényleges tömegének növekedését a hatalmas mag közelében. Az ilyen hatásokról ismert, hogy jelentős következményekkel járnak a nehéz elemekre, híresen az arany sárga árnyalatát, a higany pedig alacsony olvadáspontját adják.

a spin pályakapcsolás fontossága

a molekulák és anyagok elektronikus szerkezetének sűrűség-funkcionális számításaiban a relativisztikus hatások általában két komponensre oszlanak. Az úgynevezett skaláris közelítés csak az elektronok nagyon nagy sebességének hatásait veszi figyelembe, míg energiájukat az elektron spinje és a mag körüli elektronmozgások által létrehozott mágneses mező közötti spin-pálya összekapcsolás is befolyásolja. Hermann és munkatársai azt találták, hogy egy skaláris-relativisztikus számítás kétatomos alapállapotot jósolt az asztatin számára, míg az egyatomos forma csak spin-pálya kapcsolással jelent meg. Ezek a hatások befolyásolják az atomok hajlamát bizonyos kötések és kristályszerkezetek kialakítására, általában a molekuláris kötési energiák csökkentésével-mondja Hermann. A korábbi számítások azt mutatták, hogy a gázfázisban az asztatin még mindig gyengén kötött diatomikus molekulát képez.

a teljesen relativisztikus szilárdtestnek nincs sávrése a vegyérték és a vezető elektronok között: ez egy fém, még környezeti nyomáson is. Valójában a nagynyomású jód analógiájával a kutatók szerint az astatine akár szupravezető is lehet.

az astatine alatti 117-es elemet 2010-ben szintetizálták, és várhatóan még erősebb relativisztikus hatásokat fog tapasztalni. – Azt hiszem, ez egy gyengén kötött monatomikus fém lenne-mondja Hermann. De kész vagyok meglepődni.’

azt, hogy a jóslatokat valaha kísérletileg tesztelik-e, még nem látni kell. Az asztatint általában mesterségesen kell szintetizálni nukleáris reakciókkal-ezt először 1940-ben készítették a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem tudósai. Annyira radioaktív, hogy egy darab szilárd asztatin szinte azonnal elpárolog. De Hermann továbbra is optimista. ‘Az aljzat aktív hűtésével elég hosszú ideig stabilizálni lehet egy vékony filmet’ – mondja.

You might also like

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.