Boron dává vědcům hádanky

Forma objeveného prvku, která by ve skutečnosti neměla existovat

Při tlacích mezi 19 a 89 gigapascaly tvoří atomy boru záporně nabitý ikosahedra (fialový) a kladně nabitý činky (oranžový). © ETH Curych
číst nahlas

Výzkumný tým našel formu prvku bór, který by podle učebnice neměl existovat: iontový krystal. Vědci informují o svých zjištěních v aktuálním online vydání vědeckého časopisu „Příroda“.

Boron je vzácný polokov, který se používá ve své krystalické formě díky své vysoké pevnosti a tuhosti pro rotory vrtulníků, tenisové rakety a golfové hole. Ze všech prvků je bór nejcitlivější na nečistoty. Již jedno procento cizích atomů může změnit strukturu a vlastnosti boru. Tato citlivost ztěžuje studium prvku.

Vysoký tlak vede k nové formě

Teoretici a experimentální vědci však nyní přišli o krok dál: Nalezli novou, supertvrdou formu boru.

Syntéza nové formy vyžadovala extrémně čistý bor. Použitý materiál obsahoval maximálně jeden cizí atom na milion atomů boru. Materiál byl vystaven tlaku dvanácti až 30 gigapascalů a teplotám nad 1500 stupňů Celsia. Pro srovnání: K vytvoření umělého diamantu z grafitu je třeba tlak šesti gigapascalů.

Počítačové simulace určují strukturu chemických prvků

Pokud je tlak nižší než 19 gigapascalů, atomy boru tvoří krystalovou strukturu, ve které je každý z dvanácti atomů uspořádán tak, aby tvořil ikosedron - tělo sestávající z dvaceti rovnostranných trojúhelníků. Vyšší tlak však atomy nutí k obsazení hustšího uspořádání. Jakou strukturu to je, nebylo možné experimentálně objasnit. zobrazit

Během svého působení na Katedře materiálových věd na ETH v Curychu vyvinul krystalograf Artem Oganov metodu pro predikci struktur chemických prvků pomocí počítačových simulací. Jeho výpočty ukázaly, že při tlaku mezi 19 a 89 gigapascaly tvoří atomy boru dvě různé formy, tzv. Nanoklastry. Na jedné straně icosahedra tvoří dvanáct atomů, na druhé straně činky dvou atomů. Dva nanoklastry jsou uspořádány v krystalu, jako jsou atomy sodíku a chloru ve společné soli.

Super tvrdý krystal

Další experimenty ukázaly, že nová struktura, kterou vědci nazývají gama-B, je supertvrdým krystalem. Navíc teoretici objevili mimořádnou vlastnost materiálu: Prvek v krystalu je ionizovaný, náboje jsou tedy mezi atomy nerovnoměrně rozděleny. Podle učebnice se ionizace pravděpodobně vyskytuje pouze mezi dvěma různými prvky, například mezi sodíkem a chloridem ve fyziologickém roztoku. V nově objevené struktuře boru však dochází k ionizaci mezi dvěma typy nanoklastrů stejného prvku.

Jiné prvky mohou také předpokládat iontové stavy

Oganov a jeho kolegové dále spočítali, že i jiné prvky - například určité uhlíkové struktury - mohou také předpokládat iontové stavy. Oganov, nyní profesor na Stony Brook University v USA, očekává, že dříve nebo později budou vyvinuty aplikace založené na iontových prvcích. Například vlastnosti prvku se změní, když se stane iontovým, například se může stát absorbujícím infračerveným paprskem.

Podle vědců by tedy byl myslitelný materiál, který je jen částečně absorpční nebo jehož absorptivita závisí na teplotě. Kromě toho by mohly vzniknout zajímavé účinky v souvislosti se supravodivostí.

(idw - Švýcarský federální technologický institut v Zürichu (ETH Curych), 30.01.2009 - DLO)