Текст уведомления здесь

Странности минерала объяснили «скачущей» валентностью золота

Калаверит оказался соединением, в котором золото плавно меняет свою валентность, искажая кристаллическую решетку материала.
Добавить в закладки
Комментарии

Международная группа ученых из Института физики металлов РАН, Cколтеха и МФТИ (включая Артема Оганова), а также Кельнского университета объяснили кристаллическую структуру минерала калаверита. Попутно они предсказали возможность существования нового, ранее неизвестного химикам соединения золота — возможно, с весьма необычными свойствами. Соответствующая статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Калаверит — это природный минерал, состоящий из золота и теллура (AuTe2). Он является одним из основных рудных минералов для промышленной золотодобычи. Долгое время калаверит оставался загадочным: атомы золота в нем размещены не так, как следовало бы ожидать с теоретической точки зрения. Треугольные группы атомов Au там перемежаются слоями атомов Te, но слои теллура расположены с заметным смещением относительно атомов золота, и объяснить такую конфигурацию весьма трудно. Ученые называют это несоразмерной модуляцией положений атомов золота и теллура в их кристаллах. Кроме неясной структуры калаверит почему-то обладает сверхпроводимостью при высоком давлении или допировании (внедрении примесных атомов) палладием и платиной — единственный среди всех соединений золота.

Авторы новой работы провели серию вычислений с использованием последних методов химического моделирования и пришли к выводу, что причиной всех этих странностей является плавно изменяющаяся валентность золота. Исходя из формулы AuTe2, кажется, что золото в калаверите должно быть двухвалентным. Однако двухвалентное золото крайне неустойчиво: в реальной жизни его атомы «стремятся» быть либо одновалентными, либо трехвалентными. В обычных условиях это привело бы к тому, что один атом золота в кристаллической решетке минерала был бы одновалентным, а следующий за ним — трехвалентным и так далее. Но на практике это недостижимо — атомы золота в калаверите сгруппированы в треугольники, то есть чередовать валентности золота от одного к трем и обратно у них не выйдет — «крайние» атомы не смогут иметь нужную валентность.

Структура калаверита. Изображение: Artem R. Oganov et als. / PNAS

Структура калаверита. Изображение: Artem R. Oganov et als. / PNAS

Вместо этого в калаверитной кристаллической решетке наблюдается «плавное» изменение валентности. Однако атомы теллура, связанные с атомами золота, из-за этого необычного изменения валентности не могут повторяющимся образом группироваться относительно треугольных «пластов» золота. Это и приводит к нерегулярностям в структуре калаверита. Именно эти нерегулярности отвечают и за сверхпроводимость, возникающую в минерале при повышенном давлении или допировании палладием и платиной.

Кроме этого, исследователи применили алгоритм USPEX, чтобы выяснить, какие еще стабильные соединения золота и теллура возможны в природе. Алгоритм показал среди них крайне необычное соединение, в котором золото одновалентно — AuTe, но при этом, согласно вычислениям, весьма стабильно. Это порождает вопрос о том, почему оно не наблюдается в земной коре. Ученые полагают, что свойства этого соединения должны также быть достаточно необычными. Ранее USPEX уже предсказывал целый ряд экзотических соединений, включая, например, соединения гелия, которые часто демонстрируют неординарные и потенциально ценные свойства.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы