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氦气有望告别最惰性的气体称号

http://www.chem.hc360.com2018年05月29日11:59 来源:scientificamericanT|T

    慧聪化工网讯:氦气长期以来都被认为是完全的惰性气体因此也无法与其他原子结合,然而,最近科学家吃惊地发现氦气能够形成化合物。

氦气有望告别最惰性的气体称号

氦气有望告别最惰性的气体称号

    去年,科学家们报告称发现了由钠和氦原子构成的晶体化合物,但无法理解其形成方式。现在,一个研究小组提供了一个解释,氦气可以在不产生任何化学键的情况下与其他原子结合(即不共享或交换电子)。氦气通过屏蔽带正电荷的原子来实现这一点并充当其驱避电荷之间的缓冲区。俄罗斯罗斯斯科尔科沃科学技术研究所(Skolkvo Institute Of Science And Technology)的化学家阿特姆·奥加诺夫(Artem Oganov)说:“我很喜欢他们所提出的解释。这个模型是预测性的,它解释了我们迄今为止所有的观察结果。”

    此类化合物的发现是惊人的,因为之前科学家们一直认为氦极不可能与其他原子结合。这是因为氦原子不愿意放弃它的两个电子,而这两个电子完全填满了它唯一的电子壳层。每个原子都有这样的壳层,它们持有一定数量的电子,并在原子核周围形成这些带负电荷的粒子。原子们更喜欢它们的外壳是完全满的,并且会与其他原子结合,这些子可以获得或给予一两个额外的粒子来填充外壳。壳层已满且没有电子可借的元素被称为稀有气体,其中最小的氦被认为是最惰性的气体。“去年我们就有了这项令人吃惊的发现”提供新解释的小组长、化学家苗茂盛(音译)说。苗茂盛带领的研究生刘振(音译)是这篇论文的主要作者,该论文于3月5日发表在《自然通讯》。“他们发现如果把钠和氦放在一起并给予其类似在地球中心的压力,钠实际上是可以与氦发生反应并形成稳定的化合物。”起初,一些科学家认为氦气可能是可以共享电子的。但苗茂盛的研究小组提出了另一种解释:或许氦并没有给出或接收任何电子,而是以某种方式与钠结合。

    足够强的压力可以粉碎钠原子的集合,从而使每个原子上的额外电子被挤出并成为带正电荷的离子。然后,就如同电荷相互推挤一般,每个离子都排斥所有相邻的电子。苗茂盛与他的团队成员认为,如果氦原子能够在钠离子之间存在,正电荷之间的距离就会增加,排斥能就会减少,从而稳定材料。苗茂盛说:“这是第一次没有组成化学键但却同时可以形成一个稳定的化合物。”

    根据他们的假设,苗茂盛研究小组利用每个原子的量子力学定律进行了详尽的计算机计算,并发现这些化合物确实能起作用。该研究小组的一位成员,来自布法罗大学的一位化学家EvaZurek说:“令人兴奋的是,这个想法在计算中证明是正确的。与此同时,也可以预测以前没有研究过的新化合物。”科学家们希望该实验小组能尝试去创造新的化合物,包括氦与氟化镁和氟化钙的组合。

    这一发现也可能对被认为存在于我们星球深处的元素的组成产生影响。科学家曾认为氦缺乏与其他元素结合的方式,因此不可能隐藏在地球的岩石里。“现在越来越清楚的是,这是一个过分简化,”奥加诺夫(Oganov)说。“即使是最惰性的氦,实际上也与我们想象的不同,它实际上可以形成稳定的化合物并保留在地球的地幔中。”

    在未来,化学家们希望找到更通用的规则来预测什么时候会出现这样的异常分子,因为在高压下,许多正常的化学定律都不适用。“这是一种奇怪的化学结合,”德国亚琛工业大学的理查德·德朗斯基(Richard Dronskowski)说,他是发现钠氦结合的团队的一名合作者。“如果你再思考一段时间,一切都是完全合理的,但你却并没有在一开始对它怀有期望。”

责任编辑:张兰

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