Илюстрация на NaCl3. Автор: Artem R. Oganov
Всички добри изследвания водят до открития, но много рядко се стига до там дадено проучване да разклати основите на една наука. Според Артем Оганов от Университета Стоуни Бруук именно това ще се случи с химията след излизането на новата му публикация в престижното сп. Сайънс.
В изследването си Оганов представя резултатите от експерименти с компресиране на каменна сол – естественият и откриван в природата вариант на готварската сол (натриев хлорид – NaCl).
„Смятам, че тази работа поставя основите на революция в химията“, казва Оганов. „Открихме, че при сравнително ниските налягания, които е възможно да бъдат постигнати в лаборатория, се създават вещества, противоречащи на класическите закони на химията“, обяснява Оганов.
В експерименти учените открили, че при прилагане на налягане 200 000 пъти по-високо от атмосферното някои основни правила за взаимодействие на веществата престават да бъдат валидни.
Едно от тях е това за т.нар. електроотрицателност. Когато два атома се свържат в молекула те „обменят“ електрони от своите обвивки, като всеки атом използва чуждите електрони, за да попълни собствените си „запаси“. В тази свързана конфигурация на молекула атомите стават по-стабилни. Електроотрицателността е свойството на атомите да притеглят споделените с другите атоми в молекулата електрони по-силно към себе си.
Кристал на каменна сол. Снимка: Rob Lavinsky / iRocks.com (CC BY-SA 3.0)
Във всеки учебник по-химия пише, че в молекулата на каменната сол (натриев хлорид – NaCl) единият атом – този на натрия – има тенденция да отдава споделените с хлора електрони. Другият атом – този на хлора – съответно ги притегля.
Учебниците също казват, че заради спецификата на това взаимодействие единствената възможна комбинация между натрии и хлор е натриев хлорид. Но Оганов и неговите колеги открили, че при компресирането на солта това въобще не е така.
„Открихме шантави вещества, които нарушават законите в учебниците – NaCl3, NaCl7, Na3Cl2, Na2Cl и Na3Cl“, казва Вейвей Жанг от екипа.
Оказало се, че получените по този начин странни съединения са стабилни и щом веднъж бъдат създадени се запазват в този си вид. „Класическата химия забранява тяхното съществуване“, казва Жанг.
Оганов очаквал да е възможно да се смеси натриев хлорид с натрии и след компресирането и загряването на тази смес да се получи обогатеното с натрий вещество Na3Cl. Друго предвиждане било, че компресирането на смес от натриев хлорид с повече хлор би трябвало да създаде NaCl3. Очакванията на Оганов се оказали верни, както показали експерименти в Института Карнеги във Вашингтон.
Новото изследване е продиктувано от желанието на Оганов да провери доколко невъзможните неща в учебниците по химия наистина са такива. Работата му с компютърни модели показала, че въпреки въпросните химични закони, атомите могат да бъдат разположени на определени позиции и в определени пропорции. Изчисленията показвали, че „невъзможно“ означава просто, че необходимата енергия трябва да е висока.
Щом разбрал това Оганов се зачудил дали тази енергия не може да бъде занижена, така че веществата да станат стабилни.
„Законите на химията не са като математически теореми, които не могат да бъдат нарушени“, казва Оганов. „Те могат да бъдат нарушени, защото тук ‘невъзможното’ е по-гъвкаво. Просто трябва да намериш условия, при които въпросните правила вече не важат“, обяснява още химикът. (Източник: Stony Brook University)
