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Heluro de disodio

El heluro de disodio [2] ( Na2He ) es un compuesto de helio y sodio que es estable a altas presiones superiores a 113 gigapascales (1.130.000 bar). Se predijo por primera vez [3] utilizando el algoritmo de predicción de la estructura cristalina USPEX y luego se sintetizó en 2016. [4]

Síntesis

Se predijo que el Na2He sería termodinámicamente estable a más de 160 GPa y dinámicamente estable a más de 100 GPa. Esto significa que debería ser posible formarse a una presión más alta y luego descomprimirse a 100 GPa, pero por debajo de esa presión se descompondría. En comparación con otros compuestos binarios de otros elementos y helio, se predijo que sería estable a la presión más baja de cualquier combinación de este tipo. Esto también significa, por ejemplo, que se predice que un compuesto de helio y potasio requerirá presiones mucho más altas del orden de los terapascales.

El material se sintetizó colocando pequeñas placas de sodio en una celda de yunque de diamante junto con helio a 1600 bar y luego comprimiéndolas a 130 GPa y calentándolas a 1500 K con un láser. [4] Se predice que el heluro de disodio es un aislante y transparente. [4] A 200 GPa, los átomos de sodio tienen una carga de Bader de +0,599, la carga de helio es de -0,174 y los puntos de dos electrones están cada uno cerca de -0,511. [4] Esta fase podría llamarse electruro de helio disódico. El heluro de disodio se funde a una temperatura alta cercana a 1500 K, mucho más alta que el punto de fusión del sodio. Cuando se descomprime, puede mantener su forma tan baja como 113 GPa. [4] A medida que aumenta la presión, se predice que el sodio ganará más carga positiva, el helio perderá carga negativa y aumentará la densidad de electrones libres. La energía se compensa con la contracción relativa de los átomos de helio y el espacio para los electrones. [1]

Estructura

El heluro de disodio tiene una estructura cristalina cúbica , similar a la de la fluorita . A 300 GPa, el borde de una celda unitaria del cristal tiene a = 3,95 Å . Cada celda unitaria contiene cuatro átomos de helio en el centro de las caras y esquinas del cubo, y ocho átomos de sodio en coordenadas a medio camino entre el centro y cada esquina. Los pares de electrones (2e ) se colocan en cada borde y en el centro de la celda unitaria. [nota 1] Cada par de electrones está emparejado por espín . La presencia de estos electrones aislados lo convierte en un electruro . Los átomos de helio no participan en ningún enlace; sin embargo, los pares de electrones pueden considerarse como un enlace de dos electrones de ocho centros . [4]

Notas al pie

  1. ^ Cada cara es compartida por dos celdas, cada borde es compartido por cuatro celdas y cada esquina es compartida por ocho celdas.

Referencias

  1. ^ ab Wang, Hui-Tian; Boldyrev, Alexander I.; Popov, Ivan A.; Konôpková, Zuzana; Prakapenka, Vitali B.; Zhou, Xiang-Feng; Dronskowski, Richard; Deringer, Volker L.; Gatti, Carlo; Zhu, Qiang; Qian, Guang-Rui; Saleh, Gabriele; Lobanov, Sergey; Stavrou, Elissaios; Goncharov, Alexander F.; Oganov, Artem R.; Dong, Xiao (mayo de 2017). "Un compuesto estable de helio y sodio a alta presión – Tabla de información complementaria 5". Nature Chemistry . 9 (5): 440–445. arXiv : 1309.3827 . Código Bibliográfico :2017NatCh...9..440D. doi :10.1038/nchem.2716. Número de modelo: PMID  28430195. Número de modelo: S2CID  20459726.
  2. ^ "Bajo presión, el helio deja de ser un simple espectador". insidescience.org . 28 de marzo de 2018 . Consultado el 14 de noviembre de 2020 . Luego, en 2017, los investigadores sintetizaron un compuesto estable de helio y sodio conocido como heliuro de disodio bajo el tipo de altas presiones que se observan en los gigantes gaseosos, lo que sugiere que este compuesto podría encontrarse en la naturaleza y no solo en los laboratorios.
  3. ^ Saleh, Gabriele; Dong, Xiao; Oganov, Artem; Gatti, Carlo; Qian, Guang-rui; Zhu, Qiang; Zhou, Xiang-Feng; Wang, Hiu-tian (5 de agosto de 2014). "Compuesto estable de helio y sodio a alta presión". Acta Crystallographica Sección A . 70 (a1): C617. arXiv : 1309.3827 . doi :10.1107/S2053273314093826.
  4. ^ abcdef Dong, Xiao; Oganov, Artem R.; Goncharov, Alexander F.; Stavrou, Elissaios; Lobanov, Sergey; Saleh, Gabriele; Qian, Guang-Rui; Zhu, Qiang; Gatti, Carlo; Deringer, Volker L.; Dronskowski, Richard; Zhou, Xiang-Feng; Prakapenka, Vitali B.; Konôpková, Zuzana; Popov, Ivan A.; Boldyrev, Alexander I.; Wang, Hui-Tian (6 de febrero de 2017). "Un compuesto estable de helio y sodio a alta presión". Nature Chemistry . 9 (5): 440–445. arXiv : 1309.3827 . Código Bibliográfico :2017NatCh...9..440D. doi :10.1038/nchem.2716. Número de modelo: PMID  28430195. Número de modelo: S2CID  20459726.