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稀有气体化合物氦化合物的相关介绍

2022.9.19

  理论上一些氦化合物在低温高压下能稳定存在,可喜的是,最近一批可敬的中国学者将理论化为现实,氦钠化合物横空出世。

  如果你还记得高中化学,那么可能知道氦的奇异特性。作为惰性气体,它是元素周期表中最不容易发生化学反应的元素。拜其“外壳”所赐,一般人们认为氦无法和其他原子发生作用从而创建稳定的化合物。

  在极端压力环境下,其他稀有气体已经显示出形成化合物的能力。而氦至今仍是独一无二地稳定。现在,这铁一样的规律已经被来自南开大学的王慧田、周向锋团队及其合作者打破。他们创造出了稳定的氦钠化合物,而这已经撼动了现代化学的基本认知。该研究日前刚刚发表在《Nature Chemistry》。

  我们知道,氦是宇宙中含量第二多的元素,是六种惰性气体元素之一,很难与其他元素发生作用。然而,在极端条件下,惰性气体又可以分为两类:其中氪、氙、氡相对活跃,而氩、氖、氦则非常冷漠。

  此前,研究人员已经找到其他元素与氦进行配对的方法。但一直以来,都没有形成什么能够稳定存在的物质。最常见的例子就是氦与其他元素的范德华力,无需共价键或者离子键就可以存在。在极低的温度下,氦确实可以形成范德华力,但极其微弱,无法长久保持。

  氦这种坚固的稳定力源于其闭壳层电子组态:其外壳层是完满的状态,没有空间和其他原子通过共用电子进行结合。不过这是地球表面环境中的情况。

  作为宇宙中第二丰富的元素,氦在恒星和巨型气体行星的构成中起着重要作用。在外太空或者地球深处的极端条件下,它可能遵循着不同寻常的规律。如今,研究人员刚刚验证这种奇异的现象。

  犹他州立大学的文章共同作者Alex Boldyrev说:“极高的压力,比如在地球的核心或者其他巨型星体中,能够完全改变氦的化学特性。”

  研究人员通过“晶体结构预测”模型进行演算发现,在极度的压力之下,一种稳定的氦钠化合物能够形成。然后他们在金刚石压腔实验中真的创造出了前所未见的化合物:Na2He。实验可以为氦和钠原子提供相当于110万倍地球大气压的条件。

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