Silicium, een halfmetaal, bindt in zijn natuurlijke vorm met vier andere elementen en zijn driedimensionale structuur heeft de vorm van een tetraëder. Voor een lange tijd, het leek onmogelijk om de synthese en karakterisering van een tweedimensionaal equivalent te bereiken - geometrisch gesproken, een vierkant. Nu zijn wetenschappers op het gebied van anorganische chemie aan de universiteit van Heidelberg erin geslaagd een kristallijn complex met een dergelijke configuratie te produceren. PD Dr. Lutz Greb van het Institute of Anorganic Chemistry onderstreept dat het verrassende fysische en chemische eigenschappen heeft en, op het gebied van moleculaire chemie, zal nieuwe benaderingen openen voor het gebruik van het op één na meest voorkomende element in de aardkorst voor katalyse en materiaalonderzoek.

Als klassiek halfmetaal, silicium bezit eigenschappen van zowel metalen als niet-metalen, en behoort tot de koolstofgroep op het periodiek systeem. Zoals koolstof, siliciumbindingen met vier elementen. De driedimensionale structuur komt dan overeen met een tetraëder, een lichaam met vier zijden. Door de hoge stabiliteit van een tetraëder, andere structuren zijn niet bekend in natuurlijk silicium met vier bindingen, kortweg silicium (IV). Puur geometrisch beschouwd, het tweedimensionale equivalent van een tetraëder is een vierkant. Deze configuraties zijn al bekend voor koolstof, maar, volgens Dr. Greb, een vierkant-vlakke structuur is nog niet geproduceerd op het gebied van silicium (IV) chemie, zelfs na meer dan 40 jaar intensieve inspanning.

De werkgroep van Dr. Greb is er voor het eerst in geslaagd om een ​​vierkant-vlakke silicium(IV)-soort te synthetiseren en volledig te karakteriseren. Met behulp van röntgenkristallografie kon dit worden aangetoond. De wetenschappers groeiden een eenkristal dat ze bestraalden met een fijn gefocuste bundel röntgenstralen. De diffractie van de röntgenstralen bij het ontmoeten van de atomen van het eenkristal leidde tot een onmiskenbaar patroon waaruit het mogelijk is om de positie van de atoomkernen te berekenen. Met deze meting konden de onderzoekers aantonen dat ze te maken hadden met moleculen met vierkant-vlak silicium(IV). Verdere studies met spectroscopische methoden ondersteunden deze configuratie. Het vertoont fysische en chemische eigenschappen die de onderzoekers niet hadden verwacht, bijv. kleur in een van nature kleurloze klasse van stoffen.

"Het synthetiseren van deze configuratie uit de componenten die we hebben gekozen, is relatief eenvoudig als je eenmaal de belangrijkste voorwaarden hebt begrepen, " legt Dr. Fabian Ebner uit, die inmiddels postdoctoraal onderzoeker is aan het Institute of Anorganic Chemistry. Het verraste de wetenschappers, echter, dat het vierkant-vlakke silicium(IV)-molecuul een stabiel, isoleerbare verbinding helemaal niet. "Vanwege de hoge reactiviteit, er zijn veel manieren van ontbinding denkbaar. Nog altijd, we hebben altijd geloofd dat het mogelijk is om deze verbinding te isoleren, Dr. Greb benadrukt.

Lutz Greb ontving een Starting Grant van de European Research Council (ERC) voor zijn onderzoek op het gebied van structureel beperkte hoofdgroepelementen. De Foundation of German Business steunde het werk van Fabian Ebner. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Chemo .