Oткриха злато с нова структура, която съществува само в екстремни условия
Наскоро учените откриха ново структурно състояние на златото. След като му прилагат огромен натиск за кратко време, само за наносекунди, атомната структура на елемента се променя, наподобявайки по-твърди метали от него.
Това сенаблюдава за първи път при златото, което предполага свойства, които биха могли да помогнат на учените да усъвършенстват познанията си за това, как елементите се държат под натиск.
Златото винаги е вътлнувало хората. То е сред най-слабо реактивните и се очаква неговата кристална структура да е стабилна при високо налягане.
Подреждането на атомите в златото следват "кубична" (fcc) структура. Казано по-просто, атомите в злато образуват кубчета, с атом във всеки един от върховете и един атом в центъра на всяка една от стените (може да видите как изглежда на изображението по-долу). Златото, среброто, платината, алуминият и никелът имат такава структура.
Предишни експерименти показаха, че структурата на fcc на златото остава стабилна дори при налягания до три пъти налягането в центъра на Земята. Това е едно от свойствата, които правят златото изключително полезно за определяне на стандарт за налягане при експерименти с диамантени клетки-наковални - устройства, използвани за генериране на изключително високо налягане в лаборатории.
Но обикновено налягането се прилага постепенно. При шоково приложение на налагяне учените от Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор сега забелязват нещо различно.
При 223 GPa (гигапаскала) - това е 2,2 милиона пъти атмосферното налягане на Земята на морското ниво - златото се пренарежда в по-малко плътно опакована "кубична" структура (bcc), като двете структури съществуват като метални преходи от една към друга,
Вляво: bcc структура; вдясно: fcc структура. Кредит: Daniel Mayer/DrBob/Stannered/Wikimedia Commons
Както подсказва името, bcc е също кубична структура с атом на всеки от ъглите, но вместо атоми на всяка от стените на куба, в центъра му има само един (виж по-горе). Bcc обикновено се наблюдава в по-твърди метали като литий, волфрам, натрий, хром и калий.
Макар физиците да са запознати с промяната между структурите fcc и bcc при металите като производството на стомана, този фазов преход не е документиран по-рано при златото.
"Открихме нова структура на златото, която съществува в екстремни състояния - две трети налягането в центъра на Земята", коментира физикът Ричард Бригс (Richard Briggs) от Националната лаборатория на Лорънс Ливърмор.
"Новата структура всъщност има по-неефективно опаковане при по-високо налягане от изходната структура, което бе изненадващо, като се има предвид огромното количество теоретични прогнози, които сочат към по-плътно опаковани структури, които би трябвало да съществуват".
Екипът продължи да увеличава налягането и над 223 GPa и да проследява структурните промени. При 262 GPa фазовият преход е завършен и златото започва да се топи. При 322 GPa - почти налягането в центъра на Земята - златото е напълно течно, състояние, което учените досега не са наблюдавали при такива условия.
Откритието има и значение за производството. Например, желязото има или fcc, или bcc структура в зависимост от температурата си, което е важно за производството на стомана - по-високотемпературно желязо с fcc структура може да абсорбира повече въглерод, отколкото по-студено с bcc структура.
Но точните механизми на фазовия преход все още не са добре проучени. Това изследване показва, че златото претърпява фазов преход заради температурата и налягането, което би могло да помогне да се разбере този механизъм в бъдещи експерименти.
Съвместното съществуване на fcc и bcc структури в златото при шоково прилагане на налягане от 220 GPa предполага, че трите форми - твърда, течна и газообразна съществуват в равновесие - и са свързана с тези условия.
„Много от теоретичните модели на златото, които се използват за прогнозиране на поведението при високо налягане и висока температура, не предсказват формирането на структура само с един атом в средата“, отбелязва Бригс в сайта на лабораторията.
Изследването е публикувано в Physical Review Letters.
За реклама в "Петел" на цена от 60 лева без ДДС на ПР публикация пишете на info@petel.bg
Следете PETEL.BG всяка минута 24 часа в денонощието!
Изпращайте вашите снимки на info@petel.bg по всяко време на дежурния редактор!
4
10
