Sciencemag.cz
Doporučujeme
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…
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 ?