Bór dáva výskumníkom hádanky

Forma objaveného prvku, ktorý by v skutočnosti nemal existovať

Pri tlakoch medzi 19 a 89 gigapascalov tvoria atómy bóru záporne nabitý ikosedra (fialová) a kladne nabité činky (oranžová). © ETH Zürich
čítať nahlas

Vedecký tím našiel formu prvku bór, ktorý by podľa učebnice nemal existovať: iónový kryštál. Vedci podávajú správy o svojich zisteniach v aktuálnom online vydaní vedeckého časopisu „Príroda“.

Borón je vzácny polokov, ktorý sa používa v kryštalickej forme vďaka svojej vysokej pevnosti a tuhosti pre vrtuľníkové rotory, tenisové rakety a golfové palice. Zo všetkých prvkov je bór najcitlivejší na nečistoty. Už jedno percento cudzích atómov môže zmeniť štruktúru a vlastnosti bóru. Táto citlivosť sťažuje štúdium prvku.

Vysoký tlak vedie k novej forme

Teoretici a experimentálni vedci však teraz prišli o krok ďalej: našli novú, supertvrdú formu bóru.

Syntéza novej formy vyžadovala extrémne čistý bór. Použitý materiál obsahoval maximálne jeden cudzí atóm na milión atómov bóru. Materiál bol vystavený tlaku 12 až 30 gigapascalov a teplotám nad 1 500 stupňov Celzia. Na porovnanie: Na vytvorenie umelého diamantu z grafitu je potrebné tlak šiestich gigapascalov.

Počítačové simulácie určujú štruktúru chemických prvkov

Ak je tlak nižší ako 19 gigapascalov, atómy bóru tvoria kryštalickú štruktúru, v ktorej je každý z dvanástich atómov usporiadaný tak, aby tvoril ikosedron - telo pozostávajúce z dvadsiatich rovnostranných trojuholníkov. Avšak vyšší tlak núti atómy obsadzovať hustejšie usporiadanie. Aká je to štruktúra, nebolo možné experimentálne objasniť. zobraziť

Počas svojho pôsobenia na Katedre materiálovej vedy v ETH v Zürichu vyvinul kryštagraf Artem Oganov metódu predpovedania štruktúr chemických prvkov pomocou počítačových simulácií. Jeho výpočty ukázali, že atómy bóru pri tlaku medzi 19 a 89 gigapascalov tvoria dve rôzne formy, takzvané nanoklastre. Na jednej strane icosahedra tvorí dvanásť atómov, na druhej strane činky s dvoma atómami. Dva nanoklastre sú usporiadané v kryštáli, ako sú atómy sodíka a chlóru v spoločnej soli.

Super tvrdý kryštál

Ďalšie experimenty ukázali, že nová štruktúra, ktorú vedci nazývajú gama-B, je supertvrdým kryštálom. Okrem toho teoretici objavili mimoriadnu vlastnosť materiálu: Prvok v kryštáli je ionizovaný, náboje sú teda medzi atómami nerovnomerne rozdelené. Podľa učebnice sa ionizácia pravdepodobne vyskytuje iba medzi dvoma rôznymi prvkami, napríklad medzi sodíkom a chloridom vo fyziologickom roztoku. V novoobjavenej štruktúre bóru sa však ionizácia vyskytuje medzi dvoma typmi nanotraktorov toho istého prvku.

Iné prvky môžu tiež predpokladať iónové stavy

Oganov a jeho kolegovia ďalej spočítali, že iónové prvky môžu predpokladať aj ďalšie prvky, napríklad určité uhlíkové štruktúry. Oganov, teraz profesor na Stony Brook University v USA, očakáva, že skôr alebo neskôr sa vyvinú aplikácie založené na iónových prvkoch. Napríklad pri zmene vlastnosti prvku, keď sa stane iónovým, môže sa stať, že absorbuje infračervené žiarenie.

Podľa vedcov by si teda bolo možné predstaviť materiál, ktorý je iba čiastočne absorbčný alebo ktorého absorptivita závisí od teploty. Okrem toho by v súvislosti so supravodivosťou mohli vzniknúť zaujímavé účinky.

(idw - Švajčiarsky federálny technologický inštitút v Zürichu (ETH Zürich), 30.01.2009 - DLO)