La tabla periódica ha sido una herramienta fundamental para la investigación de materiales desde su creación hace 150 años. Ahora, Martin Rahm de la Universidad Tecnológica de Chalmers presenta un nuevo artículo que agrega una dimensión completamente nueva a la tabla, ofreciendo un nuevo conjuntode principios para la investigación material. El artículo se publica en el Revista de la Sociedad Americana de Química .
El estudio mapea cómo cambian tanto la electronegatividad como la configuración electrónica de los elementos bajo presión. Estos hallazgos ofrecen a los investigadores de materiales un conjunto completamente nuevo de herramientas. Principalmente, significa que ahora es posible hacer predicciones rápidas sobre cómo se comportarán ciertos elementos endiferentes presiones, sin requerir pruebas experimentales o cálculos mecánicos cuánticos computacionalmente caros.
"Actualmente, la búsqueda de esos compuestos interesantes que aparecen a alta presión requiere una gran inversión de tiempo y recursos, tanto computacional como experimentalmente. Como consecuencia, solo se ha investigado una pequeña fracción de todos los compuestos posibles. El trabajo que estamos presentandopuede actuar como una guía para ayudar a explicar qué buscar y qué compuestos esperar cuando los materiales se colocan bajo alta presión ", dice Martin Rahm, profesor asistente de química en Chalmers, quien dirigió el estudio.
A altas presiones, las propiedades de los átomos pueden cambiar radicalmente. El nuevo estudio muestra cómo la configuración electrónica y la electronegatividad de los átomos cambian a medida que aumenta la presión. La configuración electrónica es fundamental para la estructura de la tabla periódica. Determina qué grupo en el sistema es diferentepertenecen a los elementos. La electronegatividad es también un concepto central para la química y puede verse como una tercera dimensión de la tabla periódica. Indica cuán fuertemente atraen los átomos los electrones. Juntos, la configuración electrónica y la electronegatividad son importantes para comprender cómo reaccionan los átomos entre sí.para formar diferentes sustancias. A alta presión, los átomos que normalmente no se combinan pueden crear compuestos nuevos, nunca antes vistos, con propiedades únicas. Tales materiales pueden inspirar a los investigadores a probar otros métodos para crearlos en condiciones más normales, y darnos una nueva visión decómo funciona nuestro mundo
"A alta presión, pueden surgir estructuras químicas extremadamente fascinantes con cualidades inusuales, y pueden ocurrir reacciones que son imposibles en condiciones normales. Mucho de lo que nosotros como químicos sabemos acerca de las propiedades de los elementos en condiciones ambientales simplemente no es cierto.más tiempo. ¡Básicamente puedes tomar mucha de tu educación química y tirarla por la ventana! En la dimensión de la presión hay una increíble cantidad de nuevas combinaciones de átomos para investigar ", dice Martin Rahm.
Un ejemplo bien conocido de lo que puede suceder a alta presión es cómo se pueden formar diamantes a partir del grafito. Otro ejemplo es la polimerización de gas nitrógeno, donde los átomos de nitrógeno se unen en una red tridimensional. Estos doslos materiales a presión son muy diferentes entre sí. Mientras que el carbono retiene su estructura diamantada, el nitrógeno polimerizado es inestable y vuelve a forma de gas cuando se libera la presión. Si la estructura polimérica del nitrógeno pudiera mantenerse a presiones normales, sin duda sería elcompuesto químico con mayor densidad energética en la Tierra.
Actualmente, varios grupos de investigación usan altas presiones para crear superconductores, materiales que pueden conducir electricidad sin resistencia. Algunos de estos superconductores de alta presión funcionan cerca de la temperatura ambiente. Si dicho material pudiera funcionar a presión normal,sería revolucionario, permitiendo, por ejemplo, una transferencia de energía sin pérdidas y una levitación magnética más barata.
"En primer lugar, nuestro estudio ofrece posibilidades interesantes para sugerir nuevos experimentos que pueden mejorar nuestra comprensión de los elementos. Incluso si muchos materiales resultantes de tales experimentos resultan inestables a presión normal, nos pueden dar una idea de qué propiedades y fenómenos existenposible. Los pasos siguientes serán encontrar otras formas de alcanzar los mismos resultados ", dice Martin Rahm.
Lea el artículo 'Exprimir todos los elementos en la tabla periódica: configuración electrónica y electronegatividad de los átomos bajo compresión' en el Journal of the American Chemistry Society.
Investigación de alta presión :
La investigación ha predicho teóricamente cómo cambia la naturaleza de 93 de los 118 elementos de la tabla periódica a medida que la presión aumenta de 0 pascales hasta 300 gigapascales GPa. 1 GPa es aproximadamente 10,000 veces la presión de la superficie de la Tierra. 360 GPacorresponde a la presión extremadamente alta que se encuentra cerca del núcleo de la Tierra. La tecnología para recrear esta presión existe en diferentes laboratorios, por ejemplo, utilizando células de yunque de diamante o experimentos de choque.
"La presión a la que estamos acostumbrados en la superficie de la Tierra es realmente poco común, vista desde una perspectiva más amplia. Además de facilitar la síntesis de material a alta presión en la Tierra, nuestro trabajo también puede permitir una mejor comprensión de los procesos que ocurren en otros planetasy lunas. Por ejemplo, en el mar más grande del sistema solar, muchas millas debajo de la superficie de la luna de Júpiter Ganímedes. O dentro de los planetas gigantes, donde la presión es enorme ", dice Martin Rahm.
El trabajo se realizó utilizando un modelo matemático, en el que cada átomo se colocó en el medio de una cavidad esférica. El efecto del aumento de la presión se simuló mediante la reducción gradual del volumen de la esfera. Las propiedades físicas de los átomos en diferentesLas etapas de compresión podrían calcularse utilizando la mecánica cuántica.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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