20.11.2012

Неинертный ксенон

   
Распределение электронов в предсказанном оксиде ксенона.    


Международная группа исследователей, работающая под руководством профессора Артема Оганова , специалиста по теоретической кристаллографии из Университета Стони Брук предсказывает, что в определенных условиях оксиды инертного газа ксенона могут обладать высокой устойчивостью.

Предсказывается, что эти соединения отличаются крайне высокой стабильностью при высоких давлениях – давлениях выше 830000 атмосфер, то есть при давлениях, соответствующих давлению в мантии Земли, чтобы проверить теоретические предсказания, такие давления также можно создать и в лабораторных условиях.

Исследователи из группы Оганова использовали новый метод, разработанный своим Огановым для предсказания кристаллических структур соединений. Этот метод позволяет исследователям находить оптимальную структуру и состав новых соединений при любых заданных давлениях. В новой работе исследователи решили применить новый метод для поиска стабильных оксидов и силикатов ксенона.

Ранее было предположено, что в мантии Земли ксенон находится в связанном состоянии в виде оксидов и/или силикатов, что не дает ксенону попадать в атмосферу. Такие представления были разработаны для объяснения «загадки потерянного ксенона» – сравнение содержания благородных газов в метеоритах и земной коре говорит о том, что Земля бедна ксеноном. Оганов говорит, что ксенон должен удерживаться в мантии Земли, в противном случае приходится признавать, что существующие космогеохимические модели формирования Земли неверны, или же Земля утеряла весь свой ксенона в результате неведомого космохимического процесса.

Оганов утверждает, что в результате исследования было обнаружено, что в то время, как силикаты ксенона не могут быть устойчивыми при значениях давлений, характерных для мантии Земли, в то время как оксиды ксенона в этих условиях стабильны. Он добавляет, что результаты работы, однако позволяют сделать следующее предположение – поскольку при высоких давлениях могут образовываться прочные связи Xe-O, атомы ксенона могут захватываться и удерживаться на дефектах и поверхности минералов мантии, более того результаты расчетов позволяют предположить геометрическое строение таких зерен, на гранях которых может удерживаться ксенон. Помимо попыток решения важной геологической загадки результаты работы могут пролить свет на свойства химических соединений инертного газа ксенона.

Принципиальная возможность того, что ксенон может образовывать устойчивые химические соединения со фтором и кислородом была предположена Лайнусом Полингом в 1932 году и подтверждена в 1962 году экспериментами Нейла Барлетта (Neil Bartlett). Однако термодинамической устойчивостью отличаются только фториды ксенона; оксиды ксенона оказались нестабильными, они разлагаются с образованием ксенона и кислорода, при этом иногда такое разложение сопровождается значительным экзотермическим эффектом.

Результаты работы группы Оганова впервые показывают, что имеется возможность существования устойчивых оксидов ксенона, а также делает вывод о том, что для их устойчивости требуется высокое давление. Новые структуры, предсказанные теоретические, достаточно разнообразны – было рассчитано, что с увеличением давления будет увеличиваться степень окисления ксенона - от +2 до +4 и +6.

Теоретические предсказания говорят о возможности существования достаточно необычных структур – так фаза P42/mnm триоксида ксенона XeO3 содержит линейные цепочки молекул O2, которые частично диссоциируют при увеличении давления. Авторы получили очень четкую электронную сигнатуру различных валентных состояний ксенона в различных структурах – эти открытия могут оказаться полезными для новых достижений в изучении теории химической связи. Еще одним сюрпризом была необычно высокая степень ионности связи Хе–О в проанализированных соединениях. По словам Оганова, ионизация, вызванная давлением, наблюдается во многих других соединениях и даже простых веществах.


По материалам PHYSorg


Возврат к списку


Вверх