Superatómy sa tvária ako prvky

|

Olovo sa nedá premeniť na zlato, podobný typ alchýmie však je nielen možný ale aj výhodný. Traja vedci z univerzity Penn State dokázali, že určité kombinácie atómov jedného prvku majú elektrické charakteristiky, ktoré sa podobajú na elektrické charakteristiky iného prvku.

„Výsledky nášho výskumu by mohli viesť k lacnejším materiálom v množstve použití, napríklad ako nových zdrojov energie, metód na odstraňovanie znečistenia životného prostredia alebo ako katalyzátorov v chemických výrobných procesoch,“ povedal vedúci výskumného tímu Welford Castleman.

Vedci tiež ukázali, že atómy, ktoré identifikovali len pri týchto zdanlivých udalostiach, možno predpovedať jednoducho prezeraním periodickej tabuľky prvkov. „Získavame úplne nový pohľad na periodickú tabuľku,“ povedal Castleman.

Vedci využili na skúmanie podobností medzi oxidom titánatým a zinkom, oxidom zirkónia a paládiom a karbidom wolfrámu a platinou techniku nazývanú fotoelektrónová spektroskopia.

„Fotoelektrónová spektroskopia meria energiu, ktorú treba na uvoľnenie elektrónu z určitých elektrónových stavov atómov alebo molekúl, pričom nepretržite zachytáva tieto javy pomocou digitálnej kamery,“ povedal Castleman. „ Metóda nám dovoľuje určiť väzobné energie elektrónov a priamo pozorovať prostredie orbitálov, v ktorom sa nachádzajú elektróny pred ich oddelením. Zistili sme, že množstvo energie, ktoré potrebujeme na oddelenie elektrónu z molekuly oxidu titánatého, je rovnaké, ako množstvo energie, ktorá je potrebná na oddelenie elektrónu z atómu zinku. Rovnako to funguje aj pre ďalšie dve dvojice skúmaných látok. Dôvodom je, že všetky páry sú zložené z jedného izoelektrónového typu, ktorý tvoria atómy s rovnakou elektrónovou konfiguráciou.“

Castleman dodáva , že v tomto prípade znamená izoelektrónový počet elektrónov na vonkajšej vrstve atómu alebo molekuly.

Vedci skúmali zábery fotoelektrónovej spektroskopie. Jasné body v záberoch, ktoré predstavujú energiu elektrónov emitovanú počas ich oddelenia od atómov, sa zdajú byť podobné vo všetkých troch študovaných systémoch. Podobnosť rovnako potvrdilo aj grafické zobrazenie extrémov energie a teoretické výpočty.

Castleman vysvetľuje, že tri skúmané molekuly sú seperatómami niklu, paládia a platiny. Superatómy sú skupiny atómov, ktoré majú niektoré vlastnosti atómov prvkov. Už v minulosti Castleman ukázal, že klaster 13 atómov hliníka sa správa rovnako ako jeden atóm jódu.

Nový výskum posúva myšlienku superatómov na ďalšiu úroveň a poskytuje rozumný kvantitatívny základ tohto konceptu. „Vyzerá, že dokážeme predpovedať, ktoré kombinácie atómov sa správajú ako iné atómy prvkov,“ povedal Caslteman. „Sledovaním periodickej tabuľky prvkov môžete napríklad predpokladať, že oxid titánatý bude superatómom niklu. Titán má na valenčnej vrstve štyri elektróny. Posuňme sa o šesť prvkov doprava, pretože atóm kyslíka má na valenčnej vrstve šesť elektrónov. Nachádza sa tam nikel, ktorého 10 valenčných elektrónov z neho robí izoelektrónovú látku k molekule s 10 valenčnými elektrónmi, ktorá vznikne spojením titánu a kyslíka. Predpokladali sme, že ide o náhodu, preto sme skúšali aj iné dvojice a zistili sme, že to funguje.“

Castleman nevie, či tento postup funguje v celej periodickej tabuľke, alebo len v určitej časti.

„Platina sa používa takmer vo všetkých automobiloch, je však veľmi drahá,“ povedal Castleman. „karbid wolfrámu je naopak lacný. Ak by výrobcovia dokázali namiesto platiny použiť karbid, ušetrilo by sa množstvo finančných prostriedkov. Podobne aj paládium sa používa v množstve spaľovacích procesov, kým oxid zirkónia je približne 500-krát lacnejší. Naše zistenia tak sú zaujímavé z vedeckého aj praktického hľadiska.“

originál článku