二ナトリウムヘリド[ 2 ](Na2He)は、ヘリウムとナトリウムのエレクトライド化合物で、 113 GPa(1,130,000 bar)を超える高圧下でも安定です。これは、 USPEX結晶構造予測アルゴリズムを使用して最初に予測され[ 3 ]、その後2016年に合成されました[ 4 ]。
構造
二ナトリウムヘリドは、蛍石に似た立方晶構造を持つ。300 GPa (3,000,000 bar)では、結晶の単位格子の辺の長さはa = 3.95 Åである。
各単位セルには以下が含まれます。
- 立方体の面と角の中心に、4つの中性ヘリウム原子(He)が配置されている。
- 中心と各角の中間の座標に8個のナトリウムイオンNa +があり、
- 単位格子の各端と中心に、スピン対になった電子対が4つ(2e −)存在する。 [注1 ]
ヘリウム原子は結合に関与しない。電子対は8中心2電子結合とみなすことができる。[ 4 ]
合成
Na 2 He は160 ギガパスカル (1,600,000 bar)を超える圧力で熱力学的に安定であり、 100 ギガパスカル (1,000,000 bar)を超える圧力で動的に安定であると予測されています。これは、より高い圧力で形成され、その後減圧して 100 GPaまでは安定だが、それ以下では分解する。他の元素とヘリウムの二元化合物と比較すると、このような組み合わせの中で最も低い圧力で安定すると予測された。これはまた、例えばヘリウム-カリウム化合物はテラパスカルオーダーのはるかに高い圧力を必要とすると予測されることを意味する。
この物質は、 160メガパスカル(1,600バール)の圧力下でヘリウムとともに微小なナトリウム板をダイヤモンドアンビルセルに入れ、 130ギガパスカル(1,300,000バール)まで圧縮し、レーザーで1,500 K(1,230 °C; 2,240 °F)まで加熱することによって合成された。[ 4 ]二ナトリウムヘリドは絶縁体であり透明であると予測されている。[ 4 ] 200ギガパスカル(2,000,000バール)では、ナトリウム原子のバダー電荷は+0.599、ヘリウム電荷は-0.174、2電子スポットはそれぞれ-0.511付近である。[ 4 ]この相は二ナトリウムヘリウムエレクトライドと呼ばれる可能性がある。二ナトリウムヘリドは、 1500 Kはナトリウムの融点よりもはるかに高い。減圧すると、130 ギガパスカル (1,300,000 bar)という低い圧力でも形状を維持できる。[ 4 ]圧力が上昇すると、ナトリウムは正電荷を増し、ヘリウムは負電荷を失い、自由電子密度が増加すると予測される。エネルギーは、ヘリウム原子の相対的な収縮と電子のための空間によって補償される。[ 1 ]
- ↑各面は2つのセルで共有され、各辺は4つのセルで共有され、各角は8つのセルで共有されます。
参考文献
- 1 2 Wang, Hui-Tian; Boldyrev, Alexander I.; Popov, Ivan A.; Konôpková, Zuzana; Prakapenka, Vitali B.; Zhou, Xiang-Feng; Dronskowski, Richard; Deringer, Volker L.; Gatti, Carlo; Zhu, Qiang; Qian, Guang-Rui; Saleh, Gabriele; Lobanov, Sergey; Stavrou, Elissaios; Goncharov, Alexander F.; Oganov, Artem R.; Dong, Xiao (2017 年 5 月). "高圧下で安定なヘリウムとナトリウムの化合物 - 補足情報表 5". Nature Chemistry . 9 (5): 440– 445. arXiv : 1309.3827 . Bibcode : 2017NatCh...9..440D . doi : 10.1038/ nchem.2716 . PMID 28430195. S2CID 20459726 .
- ↑ 「圧力下では、ヘリウムは傍観者ではなくなる」 insidescience.org 2018-03-28 2020-11-14閲覧2017年、
研究者らは、ガス惑星内部で見られるような高圧下で、ヘリウムとナトリウムから二ナトリウムヘリドと呼ばれる安定な化合物を合成し、この化合物が実験室だけでなく自然界にも存在する可能性があることを示唆した。
- ↑ Saleh, Gabriele; Dong, Xiao; Oganov, Artem; Gatti, Carlo; Qian, Guang-rui; Zhu, Qiang; Zhou, Xiang-Feng; Wang, Hiu-tian (2014年8月5日). "高圧下におけるヘリウムとナトリウムの安定化合物". Acta Crystallographica Section A . 70 (a1): C617. arXiv : 1309.3827 . doi : 10.1107/S2053273314093826 .
- 1 2 3 4 5 6 Dong, Xiao; Oganov, Artem R.; Goncharov, Alexander F.; Stavrou, Elissaios; Lobanov, Sergey; Saleh, Gabriele; Qian, Guang-Rui; Zhu, Qiang; Gatti, Carlo; Deringer, Volker L.; Dronskowski, Richard; Zhou, Xiang-Feng; Prakapenka, Vitali B.; Konôpková, Zuzana; Popov, Ivan A.; Boldyrev, Alexander I.; Wang, Hui-Tian (2017年2月6日). "高圧下で安定なヘリウムとナトリウムの化合物". Nature Chemistry . 9 (5): 440– 445. arXiv : 1309.3827 . Bibcode : 2017NatCh...9..440D . doi : 10.1038/ nchem.2716 . PMID 28430195. S2CID 20459726 .