Pixabay License

Jak je možné, že se ze sodíku stane izolant?

Extrémně vysoký tlak uvnitř hvězd nebo i planet může způsobit, že se kovy stanou elektricky nevodivými. Například sodík se při dostatečně vysokém tlaku mění z lesklého, šedě zbarveného kovu na průhledný materiál podobný sklu.

Nová studie vedená vědci z University at Buffalo nyní odhalila chemické změny, které stojí za tímto zvláštním jevem. Ačkoli se teoreticky předpokládá, že vysoký tlak v podstatě vytlačuje elektrony sodíku do prostorů mezi atomy, kvantově chemické výpočty vědců ukazují, že tyto elektrony stále do značné míry „patří“ k okolním atomům a jsou mezi sebou chemicky vázány.
Původně se mělo za to, že materiály se pod vysokým tlakem vždy stávají kovovými – podobně jako kovový vodík, který podle teorie tvoří jádro Jupiteru – ale fyzikové Neil Ashcroft a Jeffrey Neaton ve své zásadní práci před dvěma desetiletími ukázali, že některé prvky, jako například sodík, se po stlačení mohou stát naopak izolanty nebo polovodiči. Předpokládali, že elektrony v jádře sodíku, považované za inertní, budou při extrémním tlaku interagovat mezi sebou a s vnějšími valenčními elektrony.
Nová studie ovšem není experimentální, vychází ze simulací na superpočítačích.
Tisková zpráva doslova uvádí: „Elektrony se zachytí v oblastech mezi atomy, tzv. elektridovém stavu. To způsobuje fyzikální přeměnu sodíku z lesklého kovu na průhledný izolant, protože volně proudící elektrony pohlcují a znovu vysílají světlo, ale uvězněné elektrony světlo jednoduše propouštějí.“ (Poznámka: elektridy jsou jakoby iontové sloučeniny, kde elektrony hrají roli samostatných aniontů v mřížce.)
Provedené výpočty nyní prokázaly, že vznik tohoto stavu lze vysvětlit z teorie chemických vazeb. „Vysoký tlak způsobuje, že elektrony obsazují nové orbitaly v příslušných atomech. Tyto orbitaly se pak vzájemně překrývají a vytvářejí chemické vazby, což způsobuje lokalizovanou koncentraci náboje v intersticiálních oblastech. Zatímco předchozí studie nabízely intuitivní teorii, že vysoký tlak vytlačuje elektrony z atomů, nové výpočty zjistily, že elektrony jsou stále součástí okolních atomů.“

Stefano Racioppi et al, On the Electride Nature of Na‐hP4, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI: 10.1002/anie.202310802
Zdroj: University at Buffalo / Phys.org, přeloženo / zkráceno

Poznámka PH: No, subjektivně to srozumitelné úplně není, i když zajímavé rozhodně…

Biologická fixace dusíku je zřejmě velmi stará

Živé organismy fixují z neživé přírody nejen uhlík, ale jsou také závislé na přísunu dusíku. …

One comment

  1. Stanislav Florian

    https://arxiv.org/abs/2311.01601
    „Naše kvantově chemické výpočty na ikonickém izolačním Na-hP4 HPE ukazují, že rostoucí hustota způsobuje elektronický přechod 3s -> 3pd v důsledku Coulombova odpuzování mezi stavy 1s2s a 3s a ortogonality stavů 3pd k jádru. Velké laloky výsledných hybridních orbitalů Na-pd směřují ke středu 11členného trigonálního hranolu s pětičetnou čepičkou a konstruktivně se překrývají a tvoří multicentrické vazby, které jsou zodpovědné za vznik lokalizace intersticiálního náboje v Na-hP4.“
    No moc jsem nezmoudřel: Ortogonalita = pravoúhlost, přeneseně, v technice, pak nezávislý, případně neovlivňující. Takže snad 3 vrcholy podstavy hranolu, 3 vrcholy nahoře + 5 vrcholů na čepičce = 11 vrcholů ( atomů jakoby mřížky sodíku) a v mezerách mezi nimi elektrony ?

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close