Наука и технологии России

Вход Регистрация

Учёные опровергли существование карбида технеция

Международная группа учёных под руководством профессора Сколтеха и заведующего Лабораторией компьютерного дизайна материалов МФТИ Артёма Оганова доказала, что карбида технеция не существует – за него ошибочно принимался чистый технеций, сообщается в поступившем в редакцию пресс-релизе. Результаты исследования опубликовано в журнале RSC Advances.

Поскольку универсального и простого способа предсказать существование тех или иных химических соединений до сих пор не существует, такое вещество, как карбид технеция, оказалось в числе спорных. Одни исследователи утверждали, что смогли его синтезировать, другие сомневались в корректности опубликованных данных. Группа учёных во главе с Артёмом Огановым, используя ранее разработанный алгоритм USPEX, смоделировала целый ряд карбидов переходных металлов и показала, что карбид технеция получить невозможно.

Химические_свойства_элементов Химические свойства элементов определяются положением внешних, способных взаимодействовать с другими атомами, электронов. Электроны могут находиться в разных состояниях и их подразделяют на s, p, d и f-орбитали, которые также могут иметь разную энергию – говорят, например, о 2s или 4p орбитали. Источник: пресс-служба МФТИ

Чтобы узнать, будут ли устойчивы карбиды с низким (когда атомов углерода намного меньше атомов металла) содержанием углерода, авторы исследования вычислили два ключевых параметра. Первый – энергия связи атомов металла друг с другом (ECoh), второй – энергия внедрения углерода в переходном металле (EC-dis), то есть энергия, необходимая для помещения углерода в кристаллическую решётку. При отрицательном значении EC-dis атомы углерода занимают октаэдрические пустоты (междуузлия) в решётке металла. А у таких металлов, как рутений или осмий, оба параметра слишком велики, и эти металлы слишком инертны для того, чтобы образовывать сколько-нибудь стабильные соединения – они в принципе не могут образовать карбидов.

Химические_свойства_элементов
>Тетраэдрическая (синий) и октаэдрическая (красный) пустоты в двухслойной плотнейшей упаковке и их положение в элементарной ячейке (внизу). Источник: пресс-служба МФТИ

Для оценки устойчивости соединений с высоким содержании углерода авторы статьи рассчитали энергию образования монокарбида (ETMC). Некоторые значения ETMC были отрицательными, это означало, что формирование таких монокарбидов оказалось энергетически выгодно – они должны быть устойчивы в случае их синтеза на практике. В числе металлов, которые можно успешно соединить с углеродом, титан, ванадий, цирконий, ниобий, гафний и тантал. Для них энергия образования монокарбида и энергия внедрения углерода отрицательны, то есть эти процессы энергетически выгодны, а значит, монокарбиды этих металлов существуют и являются стабильными.

У железа, хрома, магния и технеция, отнесённых к зелёной группе, энергия образования FeC, CrC, MnC и TcC положительна, следовательно, эти монокарбиды неустойчивы. Кроме того, энергия внедрения углерода больше нуля, поэтому наличие его в решётке энергетически невыгодно: получается, что ранее «обнаруженному» монокарбиду технеция мешают фундаментальные законы природы, синтезировать можно только Tс10C, Tс8C и Tc6C. Таков результат моделирования алгоритмом USPEX, и он согласуется с результатами исследователей, получивших эти соединения на практике.

Учёные также объяснили данные, которые ранее были интерпретированы в пользу существования монокарбида технеция. Ключевым доказательством ранее выступала рентгенограмма, на которой были видны два характерных пика. Метод рентгенофазового анализа основан на том, что разные вещества имеют разное межплоскостное расстояние (шарики-атомы разных веществ отличаются по диаметру, и, следовательно, толщине слоев, которые они образуют). Поэтому на рентгенограмме каждое вещество формирует свою картину расположения линий. Анализируя расположение и интенсивность линий, можно сделать вывод о том, сколько какого вещества содержится в образце.

Но смоделировав процесс рассеяния рентгеновских лучей на чистом технеции, исследователи получили похожую картину. Вероятно, предыдущая группа учёных приняла за след карбида технеция след чистого элемента. «Закрытие» спорного соединения позволяет не просто решить вопрос об экзотическом веществе, но и систематизирует знания о перспективных карбидах переходных металлов в целом.

«Химия карбидов переходных металлов местами противоречива – для одного и того же материала могут существовать статьи и о возможности, и о невозможности его существования, – пояснил соавтор исследования и сотрудник Лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ Олег Фея, –

В данной работе удалось внести толику ясности в вопрос о причинах формирования этих соединений и сделать задел для будущих исследований и поисков новых карбидов, полезных для прикладных задач».

Открытие важно с точки зрения химии карбидов переходных металлов, веществ, перспективных во многих отношениях.

STRF.ru

РЕЙТИНГ

3.86
голосов: 7

Обсуждение

Новости

Хотите получить умного ребенка – ешьте больше фруктов во время беременности

Греческий археолог уверен, что нашёл могилу Аристотеля

На юге России открыты могильники «безымянной» кавказской цивилизации

Работать стоя гораздо продуктивней, чем сидя

Робота-таракана научили прыгать и летать

Монголы раздумали завоевывать Европу из-за резкого изменения климата

Кстати,
до
0,006
кельвина...
Конференция IPS-21