Aclarando cómo la asimetría confiere propiedades químicas

¿Has oído que la forma de expresión sigue a la función? En ciencia de materiales, la función sigue a la forma

• Fecha : 1 de julio de 2020
• Fuente : Institución Carnegie para la Ciencia
• Resumen : Una nueva investigación clasifica las causas de la asimetría estructural, algunas sorprendentes, que apuntalan las propiedades útiles de los cristales, incluida la ferroelectricidad, la fotoluminiscencia y la capacidad fotovoltaica.

¿Has oído que la forma de expresión sigue a la función? En la ciencia de los materiales, la función sigue a la forma.

Nueva investigación realizada por Olivier Gagné de Carnegie y el colaborador Frank Hawthorne de la Universidad de Manitoba clasifica las causas de la asimetría estructural, algunas sorprendentes, que apuntalan las propiedades útiles de los cristales, incluida la ferroelectricidad, la fotoluminiscencia y la capacidad fotovoltaica. Sus hallazgos se publican esta semana comoun artículo principal en el Revista de la Unión Internacional de Cristalografía .

"Comprender cómo los diferentes arreglos de enlace transmiten varios atributos útiles es fundamental para las ciencias de los materiales", explicó Gagné. "Para este proyecto, estábamos particularmente interesados ​​en lo que significan las variaciones en la longitud de los enlaces para las características más interesantes de un material, y en cómocrear un marco para su optimización "

Esta fue la quinta y última entrega de una serie de documentos de Gagné y Hawthorne que examinan la variabilidad en la longitud de los enlaces de las estructuras cristalinas. Esta vez se centraron en compuestos compuestos de oxígeno y elementos de la categoría llamada metales de transición.

Imagine la tabla periódica. Los metales de transición forman su bloque central, formando un puente que une las torres más altas de elementos en los lados izquierdo y derecho.

Como todos los metales, pueden conducir una corriente eléctrica. También tienen una tremenda gama de propiedades químicas y físicas, incluida la emisión de luz visible, maleabilidad y magnetismo. Muchos, como el oro, el platino y la plata, son apreciados por suvalor. Otros, como hierro, níquel, cobre y titanio son cruciales para las herramientas y tecnologías.

La capacidad de los metales de transición para formar una variedad de compuestos útiles se debe en gran parte a la configuración tridimensional particular de sus electrones. Como tal, los enlaces que forman en los compuestos pueden ser muy asimétricos. Pero Gagné y Hawthorne queríanentienda si otras causas de la variación de la longitud del enlace estaban en juego.

"Es un problema centenario", explicó Gagné. "Los gustos de Linus Pauling y Victor Goldschmidt hicieron de este tema uno de sus principales intereses de investigación; sin embargo, los datos simplemente no estaban allí en ese momento".

Gagné y Hawthorne analizaron datos sobre las longitudes de enlace de 63 iones de metales de transición diferentes unidos a oxígeno en 147 configuraciones de 3.814 estructuras cristalinas y desarrollaron dos nuevos índices para contextualizar la unión asimétrica.

"Estos índices nos permiten identificar las diferentes razones subyacentes a los arreglos de unión asimétrica, lo que con suerte nos permitirá aprovechar las propiedades que transmiten al predecir y sintetizar nuevos materiales", explicó Hawthorne.

Para su sorpresa, descubrieron que la estructura interna de los cristales a menudo se distorsiona espontáneamente como única función de la conectividad de su red de enlaces, un efecto que muestran que ocurre con mayor frecuencia que la distorsión causada por efectos electrónicos o cualquier otro factor.

"Sospechamos que algunas variaciones en la longitud del enlace se originaron en los controles de estructura cristalina, pero no esperábamos que fuera el factor principal que subyace a la variación de la longitud del enlace en los sólidos inorgánicos", explicó Gagné. "Es un mecanismo completamente separadoy no se tiene en cuenta por las nociones actuales de la química de estado sólido; eso se ha pasado por alto desde los primeros días de la cristalografía ".

Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Institución Carnegie para la Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

Referencia del diario :

1. Olivier Charles Gagné, Frank Christopher Hawthorne. Distribuciones de longitud de enlace para iones unidos al oxígeno: resultados para los metales de transición y cuantificación de los factores subyacentes a la variación de longitud de enlace en sólidos inorgánicos . IUCrJ , 2020; 7 4: 581 DOI: 10.1107 / S2052252520005928