Наука

Виявилося, що азот не є винятком з періодичного закону Менделєєва

Довгі роки азот вважався «невдахою» у світі хіміків. Елемент ніяк не хотів на практиці проявляти властивостей, передбачених йому періодичним законом таблиці Менделєєва. Вчені майже змирилися з ненависним словом «виключення», але в результаті наполегливих і довгих досліджень їм вдалося домогтися від азоту виконання визначеного йому шляху.

Таблиця хімічних елементів Менделєєва не просто так називається періодичною. У ній різні речовини розташовані в порядку зростання кількості протонів в атомних ядрах. Число протонів дорівнює числу електронів. Від розташування електронів на зовнішніх електронних оболонках залежать хімічні властивості – здатність атомів одних речовин утворювати зв’язки з атомами інших.

Ускладнення електронних оболонок нагадує формування людських навичок. Спочатку дитина вчиться рухати ніжками, незабаром починає повзати, потім ходити й тільки потім – бігати. Жоден індивід на світі не отримав медаль за марафонську дистанцію, перш ніж вперше торкнувся крихітними п’ятами підлоги. Конфігурація електронів йде від простого до складного. Умовно, електронна оболонка наступних елементів – це оболонка попереднього плюс новий електрон. Питання лише в тому – куди він потрапить.

Як людина не може отримати нескінченне число навичок за одне життя, так і елементи не можуть мати нескінченне число електронів на одній оболонці. У наступних «життях» або періодах таблиці Менделєєва все починається спочатку: «повзати, ходити, бігати». Елементи з однаковим розташуванням електронів на зовнішніх оболонках знаходяться в таблиці строго один під одним. Ці стовпці називаються групами, тоді як рядки – періодами. Елементи в групі проявляють схожі хімічні властивості. Але в «сім’ї», як то кажуть, не без азоту.

Азот – найлегший елемент у своїй групі, і він навіть під високим тиском не формував речовини, структурно схожі з тими, які формували при екстремальних умовах товариші по групі: фосфор, миш’як і сурма. Вибудовування атомів елементів однієї групи в схожі кристалічні решітки при підвищеному тиску і температурі помічено в сусідніх групах, очолюваних вуглецем і киснем. Азот же до недавнього часу вважався в співтоваристві хімічних елементів чимось на зразок паршивої вівці.

З «білої ворони» в чорну азот «перефарбували» дослідники з Баварського науково-дослідного інституту експериментальної геохімії і геофізики (BGI) і лабораторії кристалографії в Університеті Байройта. За допомогою алмазного ковадла вчені з’ясували, яких значень повинні досягти температура і тиск в речовині, щоб атоми азоту утворили структуру, характерну для чорного фосфору і зустрічається також у сурми і миш’яку. У цій багатошаровій структурі атоми розташовані в зигзагоподібному порядку. Властивості подібної структурної модифікації елементів групи азоту нагадують властивості графену – перспективного матеріалу для безлічі застосувань в науці і техніці.

Виявилося, що азот не є винятком з періодичного закону Менделєєва

В роботі, опублікованій в Physical Review Letters, дослідники так і назвали нарешті виявлену в експерименті структурну модифікацію – чорний азот. З точки зору застосувань, чорний азот набагато «чорніший» фосфору – тобто цікавіший для вчених. Властивості стисненого азоту не однакові в різних геометричних напрямках, а вчені дуже люблять подібні анізотропні штучки.

На жаль, в нормальних умовах чорний азот довго не живе. Для існування йому необхідно тиск, майже в 1,5 мільйона разів вище атмосферного, і температура вище 4000 градусів за Цельсієм. Потужний удар двома алмазами з протилежних сторін лише на мить зміг потягти азот «на темну сторону». Миті вистачило, щоб виправдати елемент перед хімічною спільнотою. Короткий рентгенівський спалах просвітив стислий зразок, і утворення структури підтвердилося.

Люди поки не можуть вичавити з таблиці Менделєєва весь потенціал і змусити елементи проявляти всі передбачені теоретично властивості. Однак це не означає, що в таблиці купа винятків і парадоксів. Принаймні, на один тепер точно менше.

Натхнення: www.popmech.ru


Підписуйтеся на нас в Гугл Новини, а також читайте в Телеграм і Фейсбук


comments powered by HyperComments
Back to top button
comments powered by HyperComments