압력은 나트륨을 투명하게 만듭니다

연구원들은 금속을 통해 통찰력을 얻습니다

극압 상태에서 나트륨은 모양이 바뀝니다. 대기압에서 은빛으로 빛나고 (왼쪽) 백만 바 (가운데) 바로 아래에서 검은 색으로 변하여 마침내 2 백만 바에서 노란색 유리처럼 투명 해집니다. 실험 장치를 통해 촬영 된 3 개의 이미지의 중심에서 색 변화를 볼 수있다. 화학에 대한 © MPI
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과학자들은 금속을 들여다 보았다. 이를 위해 카라멜 태피 및 은빛 쉬머와 같은 정상적인 조건에서 부드러운 압력의 나트륨을 넣습니다. 지구 대기압보다 2 백만 배나 높은 2 백만 바에서, 나트륨은 원래 크기의 5 분의 1로 줄어들었고, 황색 유리처럼 반투명 해졌다.

그러나 막스 플랑크 화학 연구소 (Max Planck Institute for Chemistry)의 연구자들에 따르면 아마도 그것의 광채뿐만 아니라 다른 금속 적 성질도 잃어 버릴 것입니다. 적어도 국제 팀 동료들이 계산 한 결과입니다. 이에 따르면 나트륨은 전기를 생산해서는 안됩니다 더 안내하고 더 이상 부드럽 지 않습니다. 따라서이 고압에서 금속은 그 이상입니다. 이것은 예를 들어 압력이 증가하면 전도도가 증가한다고 가정했기 때문에 연구자들을 놀라게한다. 그러나 이것은 압력이 특정 수준 이상으로 올라가지 않는 한 명백하게 만 "자연"에 화학자들을보고합니다.

지구의 철심에는 지구 대기압보다 3 백만 배 이상 높은 300 만 bar의 압력이 있습니다. 큰 가스 행성의 내부와 별의 바깥 껍질에서 압력은 약 2 백만 바에 이르며 태양의 내부에서는 몇 배 더 높습니다. 수백만 바의 무게에서 물질은 대기의 온화한 압력 하에서와는 상당히 다르게 행동합니다. Mikhail Eremets, Ivan Trojan 및 Sergey Mevedev가 Mainz Max Planck Institute의 실험에서 언급했듯이 매우 다르게 보입니다.

바이스의 나트륨

연구원들은 두 개의 소형 다이아몬드 펀치 사이에 작은 사각형의 나트륨을 고정시켜 바이스처럼 압축시켰다. 과학자들은 다이아몬드를 통해 나트륨 조각이 백만 막대 아래에서 검은 색으로 변하고 약 2 백만 개의 막대에서 황색 유리처럼 투명 해지는 방법을 관찰했습니다. 연구자들이 나트륨을 덜 자마자 다시 반짝 거리기 시작했고 장치에서 금속으로 나왔다. 나트륨은 대기 산소 나 물과 같은 다른 물질과 화학적으로 반응했기 때문에 모양이 바뀌지 않았습니다. 실제로 나트륨은 또한 광택과 다른 금속성 특성을 잃습니다.

Eremets 박사는“최소한 오염으로 인해 우리 실험은 쓸모 없게되었다”며“실험은 그에 상응하는 어려움이있다”고 연구진은 순수한 질소로 채워진 유리 상자에서 작업하고 거친 고무 장갑을 쥐고있다. 이것은 어려운 압력 테스트를 정확하게 촉진하지는 않습니다. 두 개의 긴 가장자리가 30 마이크론, 머리카락 너비의 1/3에 불과한 나트륨 블록을 준비해야합니다. 디스플레이

그러나 나트륨은 더 크지 않을 수 있습니다. 매우 작은 영역에서만 비교적 다루기 쉬운 장치로 2 백만 개의 막대를 만들 수 있습니다. 다이아몬드조차도 2 백만 바를 견딜 수 없었기 때문에 실험이 더욱 어려워졌습니다. 이러한 압력에서 나트륨 원자는 일반적으로 원석에 눌려져 날려 버립니다. "이러한 상황을 방지하려면 표면을 조심스럽게 구성해야합니다."라고 Eremets는 설명합니다.

송장은 설명을 제공합니다

스크류 핸들의 다이아몬드 펀치 사이에서 나트륨을 가져 오자마자 다른 분광법으로 검사합니다. 그 중에서도 미국 아르곤 국립 연구소의 고급 광자 공급원에서 Vitali Prakapenka와 함께 싱크로트론 빔으로 분쇄 된 금속을 조사했습니다. 이런 식으로, 그들은 압력이 증가함에 따라 나트륨이 어떻게 변하는 지에 대한 힌트를 받았다.

그러나 실험 결과에 대한보다 정확한 설명은 미국 스토니 브룩 대학의 Artem Oganov와 함께 중국 길림 대학의 Yanming Ma의 계산에 의해서만 제공됩니다. 그들은 나트륨이 극도의 압력 하에서 특별한 결정 구조를 형성 할 것이라고 예측했고, 실험을 처음에 예측했다.

정상적인 조건에서 나트륨은 결정 학자들이 입방 중심이라고 부르는 구조를 형성합니다. 즉, 나트륨의 단위 셀은 큐브로 구성되며 각 모서리에는 원자가 있습니다. 다른 하나는 큐브 안에 있습니다. 단단한 나트륨 조각은 모든 공간 방향으로 단위 셀을 함께 묶음으로써 발생합니다.

압력은 원자 압력을 제공합니다

대기압에서, 단위 셀의 가장자리는 4 백만 분의 1 밀리미터 길이입니다. 2 백만 배럴 아래에서 눈에 띄게 줄어들뿐만 아니라 9 개의 원자 대신 14 개의 원자를 수용해야합니다. "그들은 주먹이 겹치도록 서로 가까이 앉아있다"고 Eremets는 말합니다. 원자핵은 전자의 일부를 가진 원자핵으로 화학적으로 거의 역할을하지 않습니다. 일반적으로 원자는 순수한 금속 조각을 포함하여 분자 또는 결정을 형성하는지 여부에 관계없이 외부 껍질, 즉 전자의 작은 부분과 겹칩니다. 들었다. 그리고이 외피 만 영향을받는 한, 금속의 원자들이 겹치면 더 잘 전기를 전도합니다. 원자들 사이의 밀접한 연결을 위해 전자가 더 움직일 수 있습니다.

그러나 그것은 2 백만 바와 다릅니다. 그런 다음 원자는 너무 강하게 침입하여 전자가 모든 움직임의 자유를 잃습니다. 이 이동의 자유는 또한 금속성 광택을 생성합니다. 전자는 가시 광선을 포착하고 단순화 된 용어로 다시 방출하고 빛을 생성하기 전에 동작을 설정합니다. 그들이 극도의 압박을 받고있을 때 압박을 받으면 운동 할 공간이 거의 없습니다. 빛은 그들을 통해 방해받지 않습니다.

Eremets 박사는“외부 전자는 매우 강하게 위치하여 원자 연기의 격자에 음이온처럼 앉아있다”고 말했다. 따라서 나트륨은 일종의 소금이되는데, 여기에서 음으로 하전되지 않은 이온이지만 전자가 구체로 눌려져 양이온에 대응합니다. 그러면 나트륨은 불과 몇 년 전에 발견 된 일렉트라이 드라고 불리는 물질과 유사합니다. 그들의 속성에 대해서는 잘 알려져 있지 않습니다. Eremets는 "보통 이것들은 매우 복잡한 연결 고리"라며 "우리는이 특별한 문제를보다 면밀히 연구 할 수있는 매우 간단한 모델을 만들었다"고 말했다.

(Max Planck 화학 연구소, 17.03.2009-DLO)