Новости химической науки > Новые формы оксида магния – новые версии строения планет

Группа исследователей, работающая под руководством Артема Оганова (Artem R. Oganov), специалиста по теоретической кристаллографии, получила результаты, позволяющие в перспективе пересмотреть существующие химические модели планетообразования и наше представление о внутреннем строении планет. Речь идет о том, что оксид магния – главный материал, участвующий в формировании планет, может существовать в нескольких формах, отличающихся составом.

Цзянь Жу (Qiang Zhu), сотрудник лаборатории Оганова и один из авторов работы, подчеркивает, что в течение десятилетий существовало представление о том, что единственной термодинамически устойчивой формой оксида магния является MgO. В связи с этим, именно MgO было принято рассматривать как единственное производное магния, образующее внутренние области как Земли, так и других планет земного типа.

Рисунок из Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, DOI: 10.1039/C3CP50678A

Оганов поясняет, что исследователи предсказали возможность существования двух новых оксидов магния – MgO₂ and Mg₃O₂, которые могут стать устойчивыми при давлениях один и пять миллионов атмосфер, соответственно. Полученные результаты не только противоречат здравому смыслу химиков, но и позволяют предположить, что планеты состоят из совершенно неожиданных материалов. Оганов добавляет, что исследователи предсказали условия (давление, температура, фугитивность кислорода), необходимые для устойчивости таких необычных оксидов. Исследователи полагают, что в недрах некоторых планет (хотя, возможно, не обязательно Земли, но вполне вероятно – железокаменных планет, более массивных, чем Земля) такие соединения действительно могут существовать.

Исследователи достаточно скрупулезно проанализировали электронное строение и химическое связывание в предсказанных для сверхвысоких давлений оксидах магния. Очевидно, что Mg₃O₂ не может существовать при обычных условиях – в любом учебнике написано, что максимальная степень окисления магния равна "+2," кислорода – "-2, и единственный оксид магния, который существует – MgO. Вместе с тем, у электрононедостаточного полупроводникового Mg₃O₂ имеется повышенная плотность электронов в пустотах кристаллической структуры, и именно эти электроны и могут взять на себя ролль зарядов, стабилизирующих материал. Еще более любопытным обстоятельство является то, что при сверхвысоких давлениях магния становится d-элементом, и эта метаморфоза, которая находится уже почти на грани алхимии, дополнительно обуславливает возможность существования «запрещенного» Mg₃O₂.

Новые результаты были получены с помощью уникальных методов предсказания особенности строения вещества, разработанных ранее в лаборатории Оганова. Жу подчеркивает, что эти методы уже привели к открытию новых материалов и новых явлений, и уже используются рядом коммерческих компаний для разработки новых материалов для электроники – теоретические методы оказываются более дешевым путем поиска, нежели традиционные экспериментальные подходы, очевидно идущие по принципу проб и ошибок.

Известно, что оксид магния представляет около 10% объема нашей планеты, а в других планетах его содержание может быть еще выше. Это обстоятельство и результаты новой работы, Оганов делает вывод о том, что появляется возможность систематического исследования других веществ, образующих планеты.

Источник: Phys. Chem. Chem. Phys., 2013, DOI: 10.1039/C3CP50678A

метки статьи: #геохимия, #квантовая химия, #космохимия, #неорганическая химия