Een internationaal team van natuurkundigen en materiaalwetenschappers van NUST MISIS, Bayerisches Geoinstitut (Duitsland), Linköping Universiteit (Zweden), en het California Institute of Technology (VS) heeft een "onmogelijke" modificatie van silica-coesiet-IV- en coasite-V-materialen ontdekt, die de algemeen aanvaarde regels voor de vorming van chemische bindingen in anorganische materialen, geformuleerd door Linus Pauling, lijkt te tarten, die in 1954 de Nobelprijs voor Scheikunde won voor die ontdekking. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 15 november 2018.

Volgens de regels van Pauling, de fragmenten van het atoomrooster in anorganische materialen zijn verbonden door hoekpunten, omdat binding door gezichten de meest energie-intensieve manier is om een ​​chemische verbinding te vormen. Daarom, het bestaat niet in de natuur. Echter, wetenschappers hebben bewezen, zowel experimenteel als theoretisch, met behulp van de supercomputer van NUST MISIS, dat het mogelijk is om dergelijke verbindingen te vormen als de materialen onder ultrahoge druk staan. De verkregen resultaten tonen aan dat er fundamenteel nieuwe klassen van materialen bestaan ​​onder extreme omstandigheden.

"In ons werk we hebben metastabiele fasen van hogedruk-silica gesynthetiseerd en beschreven:coesiet-IV en coesiet-V. Hun kristalstructuren verschillen drastisch van de eerder beschreven modellen, " zegt Igor Abrikosov, leider van het theoretische onderzoeksteam. "Twee nieuw ontdekte coesieten bevatten octaëders SiO ₆ , Dat, in strijd met de regel van Pauling, zijn verbonden via een gemeenschappelijk gezicht, wat de meest energie-intensieve chemische verbinding is. Onze resultaten laten zien dat de mogelijke silicaatmagma's in de onderste mantel van de aarde complexe structuren kunnen hebben, waardoor deze magma's meer samendrukbaar zijn dan eerder werd voorspeld."

Het onderzoeksteam, onder leiding van professor Igor Abrikosov, gericht op de studie van de materialen bij ultrahoge druk. Deze extreme omstandigheden leiden tot kwalitatief nieuwe materialen. Bijvoorbeeld, in een van de recente kranten, wetenschappers rapporteerden over de aanmaak van nitriden waarvan eerder werd gedacht dat ze onmogelijk te verkrijgen waren.

Informatie over de structuur en mechanische eigenschappen van siliciumoxide is essentieel voor het begrijpen van de processen die plaatsvinden in de aardmantel. Tijdens het bestuderen van de structuur van het materiaal, die bestaat bij extreem hoge temperaturen en drukken diep in het binnenste van de aarde, ontdekten de wetenschappers dat een speciale modificatie van siliciumoxide, polymorf coesiet, ondergaat een aantal faseovergangen bij een druk van 30 GPa en vormt nieuwe fasen ("coesiet-IV" en "coesiet-V"), die tetraëdrische SiO . behouden ₄ als de belangrijkste structurele elementen van het kristalrooster.

In de nieuwe experimenten de wetenschappers zijn verder gegaan door siliciumoxide in een diamanten aambeeld te comprimeren tot een druk van meer dan 30 GPa en hebben in deze fase structurele veranderingen waargenomen met behulp van monokristallijne röntgendiffractie. De resultaten zijn verrassend:deze structurele veranderingen zijn uitzonderingen op de regels van Pauling.

De wetenschappers hebben twee nieuwe modificaties van coesiet (coesiet-IV en coesiet-V) ontdekt met structuren (Figuur 1) die uitzonderlijk en schijnbaar "onmogelijk" zijn volgens de klassieke kristalchemie:ze hebben penta-gecoördineerd silicium, aangrenzende octaëders SiO ₆ , en bestaan ​​uit vier-, vijf- en zes-gecoördineerd silicium tegelijkertijd. Bovendien, verschillende fragmenten van het atoomrooster zijn verbonden door gezichten, geen hoekpunten, wat onmogelijk zou moeten zijn, volgens de regels van Pauling.