Nová sloučenina helia – Na2He

Chemie vzácných plynů je poměrně chudá, takže objev jakékoliv nové sloučeniny je poměrně významnou událostí. Helium je velmi nereaktivní a dosud nebyla známa žádná sloučenina, která by obsahovala vazbu He s jiným prvkem. Pouze byly připraveny komplexy helia, kde bylo helium uzavřeno uvnitř fullerenu. Naproti tomu sodík je velmi reaktivní prvek a tvoří ochotně sloučeniny s téměř všemi prvky.

Důležité pojmy

Diamantová kovadlina
Zařízení pro dosahování vysokých tlaků, nejčastěji 100-200 GPa. Skládá se ze dvou diamantů, které jsou tlačeny proti sobě. Vysoká tepelná vodivost diamantu umožňuje ohřev vzorku a jeho průhlednost je výhodná pro sledování změn na vzorku, např. pomocí Ramanovy spektroskopie. Tlak uvnitř kovadliny se monitoruje nejčastěji pomocí posunu fluorescence krystalu rubínu (Al2O3:Cr).
Diamantová kovadlina

Diamantová kovadlina, zdroj: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diamond_Anvil_Cell_-_Cross_Section.svg

LASER
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – optický zdrojmonochromatického, koherentního elektromagnetického záření. Princip popsal Albert Einstein již v roce 1917, první laser byl uveden do provozu roku 1960 Theodorem H. Maimanem.
Rentgenová krystalografie (RTG strukturní analýza)
Metoda strukturní analýzy využívající interakce rentgenového záření s krystalickým nebo mikrokrystalickým vzorkem. Umožňuje určit absolutní polohu atomů v krystalové mříži, vazebné délky a úhly.
Synchrotron
Kruhový urychlovač umožňující generování velmi intenzivního RTG záření, např. pro rentgenovou krystalografii.

Pomocí ab initio výpočtů bylo zjištěno, že helium dokáže vytvořit stabilní sloučeninu se sodíkem, ale je nutno syntézu provádět za velmi vysokého tlaku. Jelikož potřebný tlak je opravdu velký, více než 100 GPa (miliónkrát vyšší tlak než je atmosférický), bylo nutné pro syntézu použít tzv. diamantovou kovadlinu.

Do diamantové kovadliny byly v suchém boxu vloženy plátky sodíku o tloušťce 3-5 μm a rozměrech 30×30 μm a zbylý prostor byl vyplněn heliem. Tlak byl zvyšován až na hodnotu 120 GPa a pak byla reakční směs ohřívána laserem, tím bylo dosaženo tlaku až 155 GPa, vzorek byl monitorován pomocí synchrotronové RTG difrakce a Ramanovy spektroskopie. Po překročení tlaku 113 GPa se objevily první známky nových krystalů, které se staly intenzivnějšími po ohřevu laserem. V Ramanových spektrech se objevil velmi široký pík na posunu 470 cm-1, který náleží připravené látce. Na2He krystaluje v kubické, tělesně centrované soustavě, jde o strukturu typu fluoritu (CaF2). Po svém vzniku je stabilní do tlaku 100 GPa, při tlaku pod 50 GPa se stává termodynamicky nestabilní, tzn. že tuto látku nelze uchovávat za laboratorních podmínek.

Krystalová struktura fluoritu

Krystalová struktura fluoritu – zelené atomy odpovídají sodíku, šedé heliu. Zdroj: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fluorite-unit-cell-3D-ionic.png

Příprava první sloučeniny helia je velmi důležitou událostí, protože dokazuje, že pojem inertní není definitivní a za vhodných podmínek (i když extrémních) se mohou i inertní látky stát reaktivními. Dalši sloučeninou o kterou se budou vědci pokoušet je Na2HeO, která byla také potvrzena pomocí výpočtů.

Literatura

  1. A stable compound of helium and sodium at high pressure
  2. Honba za vysokými tlaky – připravíme látku z nitra obřích planet?

Napsat komentář