właściwości metaliczne przewidywane dla astatyny

jest to jeden z najbardziej tajemniczych pierwiastków chemicznych. Wszyscy wiedzą, że astatyna, element 85, siedzi na dole grupy halogenowej, ale nikt nie wie, jak to wygląda. Astatyna jest najrzadszym naturalnie występującym pierwiastkiem i nie ma stabilnych izotopów: najdłużej żyjący ma okres półtrwania zaledwie 8,1 godziny. Tak więc nikt nigdy nie uzyskał jej wystarczająco dużo, aby była widoczna gołym okiem.

Jeśli tak się kiedykolwiek stanie, nowe obliczenia pierwszej zasady opublikowane w Physical Review Letters przewidują, że będzie to ciało stałe metaliczne. To chyba nie jest tak zaskakujące, biorąc pod uwagę, że jod, halogen nad nim w układzie okresowym, sam w sobie jest ciemnym srebrzystym ciałem stałym (chociaż nie naprawdę metalicznym) i że temperatura topnienia astatyny wynosi 302oC. Ale prawdziwym zaskoczeniem nowych wyników jest to, że ciało stałe nie składa się z dwuatomowych cząsteczek, jak wszystkie inne halogeny, ale będzie jednoatomowe. Obliczenia zostały wykonane przez Andreasa Hermanna, obecnie na Uniwersytecie w Edynburgu w Szkocji, oraz doświadczonych teoretyków Roalda Hoffmanna i Neila Ashcrofta z Cornell University w Ithaca w Nowym Jorku.

fizyk teoretyczny Yanming Ma z Uniwersytetu Jilin w Changchun w Chinach, który pracował nad wysokociśnieniowymi fazami stałymi innych halogenów, nazywa to ” wspaniałym artykułem.””Autorzy przedstawiają przekonujące dowody na to zaskakujące zachowanie stałej astatyny”, mówi, dodając, że zaskoczenie jest dwojakie: „jego niecząsteczkowa forma i metaliczność pod ciśnieniem otoczenia.”

to zachowanie byłoby łatwe do przeoczenia, ponieważ przejawia się tylko wtedy, gdy obliczenia w pełni uwzględniają wpływ szczególnej teorii względności na strukturę elektronową bardzo ciężkich atomów: wzrost masy efektywnej szybko poruszających się elektronów w pobliżu masywnego jądra. Wiadomo, że takie efekty mają znaczące konsekwencje dla ciężkich pierwiastków, dzięki czemu złoto ma żółty odcień, a rtęć niską temperaturę topnienia.

Znaczenie sprzężenia orbity spinowej

w obliczeniach gęstości-funkcjonalnych struktury elektronowej cząsteczek i materiałów, efekty relatywistyczne dzielą się zwykle na dwa składowe. Tzw. aproksymacja skalarna uwzględnia tylko efekty bardzo dużej prędkości elektronów, podczas gdy na ich energię wpływa również sprzężenie spinowo-orbitalne między spinem elektronu a polem magnetycznym powstałym w wyniku ruchów elektronów wokół jądra. Hermann i współpracownicy odkryli, że obliczenia skalarowo-relatywistyczne przewidywały dwuatomowy stan podstawowy dla astatyny, podczas gdy postać monatomowa pojawiła się tylko z włączonym sprzężeniem spinowo-orbitalnym. „Efekty te wpływają na skłonność atomów do tworzenia pewnych wiązań i struktur krystalicznych, zwykle poprzez redukcję energii wiązania molekularnego”, mówi Hermann. Wcześniejsze obliczenia wykazały, że w fazie gazowej astatyna nadal tworzy słabo związaną cząsteczkę dwuatomową.

w pełni relatywistyczne ciało stałe nie ma przerwy pomiędzy elektronami walencyjnymi i przewodzącymi: jest to metal nawet przy ciśnieniu otoczenia. W rzeczywistości, przez analogię z jodem pod wysokim ciśnieniem, naukowcy twierdzą, że astatyna może być nawet nadprzewodnikiem.

pierwiastek 117, poniżej astatyny, został zsyntetyzowany w 2010 roku i oczekuje się, że doświadczy jeszcze silniejszych efektów relatywistycznych. „Moim zdaniem byłby to słabo związany metal monatomowy” – mówi Hermann. / Ale jestem gotów być zaskoczony.”

czy przewidywania kiedykolwiek będą testowane eksperymentalnie, to się okaże. Astatyna generalnie musi być syntetyzowana sztucznie przez reakcje jądrowe – została po raz pierwszy wykonana w ten sposób w 1940 roku przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Jest tak radioaktywny, że bryła stałej astatyny wyparowałaby niemal natychmiast. Ale Hermann pozostaje optymistą. „Przy aktywnym chłodzeniu podłoża można ustabilizować cienką warstwę przez wystarczająco długi czas”, mówi.

You might also like

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.