Графично представяне на енергийни пикове на никелов атом и молекула титаниев оксид, които се оказват подобни. (Castleman lab/Penn State University)

Суператоми: Мимикрия на елементите

В 21-ви век учените отново повдигат въпроса за алхимията. Трима изследователи от държавен университет на Пенсилвания неотдавна показаха, че определени комбинации от прости атоми имат електронни показатели, които наподобяват тези на други елементи…

„Откритията биха могли да доведат до много по-евтини материали за широко потребление като нови енергийни източници, методи за намаляване на замърсяването и катализатори за химична обработка, от които индустриалните нации силно зависят”, заявиха в съобщение до медиите ръководителят на изследването А. Уелфорд Каселман Младши (A. Welford Castleman Jr.), признат от колежа „Еберли” за негов водещ учен, и Еван Пуф, който е професор във факултетите по химия и физика.

Изследователите демонстрирали как атомите, идентифицирани досега като подлежащи на „имитация”, могат да бъдат предсказани чрез справка с Менделеевата таблица. Екипът приложил напреднали теория и методи при провеждането на опити за определяне количеството на тези нови и изненадващи открития.

„Придобиваме съвсем нов поглед за Менделеевата таблица”, заяви Каселман.

Откритията на екипа бяха публикувани на 29-ти декември 2009 г. в онлайн издание на списанието „Бюлетин на националната академия на науките” (Proceedings of the National Academy of Sciences).

Каселман и екипът му използвали техника, позната като фотоелектронна спектроскопия, за да изследват сходствата между титаниев оксид и никел, циркониев оксид и паладий и волфрамов карбид и платина.

„Фотоелектронната спектроскопия измерва енергията за отделянето на електрони от различни електронни състояния на атоми или молекули, като едновременно с това заснема отделянето на електрона с дигитална камера – поясни Каселман. – Този метод ни позволява да определим енергията на електроните и също директно да наблюдаваме естеството на орбиталите, в които се намират електроните, преди да бъдат отделени.”

Изследователите са открили, че необходимото количество енергия за отделянето на електрони от титаниев оксид е същото като това, което се изисква за отделянето на електрони от никелов атом. Същото е вярно за системата на циркониевия оксид и паладия и тази на волфрамовия карбид и платината.

По тази причина молекулите титаниев оксид, циркониев оксид и волфрамов карбид са суператоми – групи от атоми, проявяващи някои свойства на простите атоми – съответно на никел, паладий и платина.

По думите на Каселман, такива прилики между атомите и суператомите могат да ни спестят много пари.

„Платината се използва в почти всички каталитични конвертори при автомобилите, но е много скъпа – поясни той. – За разлика от платината волфрамовият карбид, който я „имитира”, е евтин. Значително количество пари могат да бъдат спестени, ако производителите на каталитични конвертори могат да използват волфрамов карбид вместо платина. По същия начин паладият се използва в определени горивни процеси, но той е „имитиран” от циркониевия оксид, който е 500 пъти по-евтин. Нашите нови открития са вълнуващи както от научна, така и от практическа гледна точка.”

Каселман заяви, че не знае дали тази тенденция ще се повтори из цялата Менделеева таблица. Понастоящем той и екипът му работят по атомите на преходните метали.

Изследователският екип планира в бъдеще да отиде още една стъпка по-напред в изследването и да проучи дали суператомите са химически сходни със съответните им атоми.

Превод: Радослав Стоянов