Sciencemag.cz
Doporučujeme
Ze známých modifikací uhlíku je diamant z hlediska tlaku tou nejstabilnější, nicméně předpokládáme, že při zvyšování tlaku nakonec uhlík vytvoří ještě jiné struktury. Problém samozřejmě je takový tlak v pozemských podmínkách vůbec realizovat, respektive potom použít analytické metody.
Na Lawrence Livermore National Laboratory za účasti vědců z University of Oxford, University of Rochester a University of York se nyní v tomto ohledu podařil slušný průlom, když vědci vystavili uhlík tlaku 2 000 GPa. Je to asi 5krát víc než tlak panující v zemském jádru a asi 2krát tolik, než byla předpokládaná mezi stability diamantu – odhadovalo se, že se přemění při tlaku nad 1 000 GPa, což byl také až dosud laboratorní rekord. Komprese uhlíku se nyní realizovala pomocí přesně tvarovaných laserových pulzů a struktura materiálu pak byla analyzována rentgenovou difrakcí. Výsledně se tak podařilo zachytit snímek atomové mřížky uhlíku za podmínek, které panovaly pouze v měřítku nanosekund. Výjimečný byl nejen samotný dosažený tlak, ale i to, že se podařilo provést příslušné měření.
Výsledek: vazby mezi atomy v diamantu jsou mnohem stabilnější, než se dosud předpokládalo. I za těchto podmínek by přeměna na jinou modifikaci uhlíku vyžadovala překonat velkou energetickou bariéru. Otázka, co se stane s diamantem za ještě vyššího tlaku, zůstává otevřená.
Předpokládá se, že za obřích tlaků by se dosud neznámé modifikace uhlíku mohly vyskytovat v jádrech některých exoplanet.
A. Lazicki et al. Metastability of diamond ramp-compressed to 2 terapascals, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-020-03140-4
Zdroj: Lawrence Livermore National Laboratory / Phys.org
Tak si říkám, jestli by šlo vytvořit, samozřejmě ne tak tvrdý, ale přesto značně tvrdý materiál, pokud by se použil křemík, germanium atd. Například diamantové olovo by mohlo mít speciální užití, jak třeba odlehčené stínění radiace.
Druhá věc samozřejmě je to, proč by to nemělo jít například s dusíkem nebo borem, akorát v jiné krystalické mřížce. Samozřejmě stlačovat plyny ani bude něco jiného než stlačovat tuhu. Vyrobit krystal dusíku by ale mohlo být velmi zajímavé.
nijak tomu nerozumim, kdyz ochlazenim vznikne pevny dusik, bude nejaky. kdyz to budete dale stlacovat, zmeni se to asi z amorfniho (je takovy predtim?) na krystal nebo z krystalu na jiny krystal atd. myslite, ze by treba mohlo existovat nejake limitni usporadani, nakonec vsechno by se dalo nacpat na x-sten? nebo na par verzi tohoto? (platonska apod. telesa, minima energie, blabla?) respektive, zustanme u prvku, neresme, co by se delo pri stlacovani ledu.
ale mozna jste mel na mysli neco uplne jineho…?
Ne tak úplně. Samozřejmě i struktura uhlíku v diamantu souvisí s uspořádáním valenčních elektronů a orbitalů. Co jsem cjtěl říct je to, že když jsme schopni vyvinout tak brutální tlaky, že by se mohlo podařit vyrobit podobně stlačené formy i jiných látek. Nechci samozřejmě zajít až ke kovovému vodíku, například, ale řekněme, že například dva atomy dusíku, který může mít až tři vazby, jsou schopny „suplovat“ čtyři vazby jako u uhlíku. Nebyla by to stejná struktura krystalu jako v diamantu, ale mohla by být podobná.
Použití látek s malým počtem orbitalů je samozřejmě zásadní, protože čím menší jsou atomy, tím pevnější jsou vazby.
Šlo mi ale o to, že pokud existuje supertvrdá forma uhlíku – diamant, mohla by existovat i supertvrdá forma u jiných prvků.