Експерименти по въздействието на високото налягане върху обикновена готварска сол създадоха нови химични съединения, които не би трябвало да съществуват в съответствие с учебниците по химия.

Изследване, проведено в немския синхротронен център DESY с помощта на източника на рентгеново лъчение PETRA III от международен екип изследователи под ръководството на проф. Артьом Оганов от университета в Стоуни Брук и проф. Александър Гончаров от института Карнеги може да положи път към ново, по-универсално разбиране на химичната наука.

Готварската сол, известна също като натриев хлорид, или NaCl, е едно от най-известните и най-добре изучени химични съединения. Тя кристализира в кубична елементарна клетка и е изключително стабилна. Съставът на нейните молекули е прост: един атом натрий (Na) и един атом хлор (Cl). Или поне това е вярно за нормални условия на околната среда. Всякакви други вариации на съединението на тези два елемента са недопустими по класическите правила на химията.

Така, според правилото на октета, всички химични елементи се стремят да запълнят своята външна обвивка с осем електрона, което гарантира най-стабилната конфигурация на атома. Тъй като натрият има един „излишен” електрон, а при хлора един отсъства, натрият отдава своя електрон на хлора, в резултат на което и при двата атома външната обвивка се запълва с осем частици и формира здрава йонна връзка.

Но когато учените подложили обикновената сол на въздействието на налягане от 200 000 атмосфери и температура от 1700 градуса по Целзий, а и добавили допълнително количество натрий или хлор, се появили „невъзможни” съединения, като Na₃Cl и NaCl₃.

Необичайните форми на веществото възникват поради високите температури и налягане.
© Artem R. Oganov, Weiwei Zhang

„След провеждането на теоретични изследвания опитахме да нагреем образците с лазер под налягане в продължение на известно време – обяснява съавторът на изследването д-р Зузана Конопкова от центъра DESY. – Успяхме да открием и други устойчиви съединения на натрий и хлор, които бяха неочаквани за нас.”

Теоретично това не би трябвало да се случи, тъй като тези съединения изискват съвсем различна форма на химична връзка с по-високи енергии.

Екипът на Оганов с помощта на компютърно моделиране е изчислил, че екзотичните съединения могат да се формират под въздействието на екстремни условия и остават стабилни в същите тези условия. Учените смятат, че получените странни съединения са способни да опровергаят правилата от учебниците по химия: NaCl₃, NaCl₇, Na₃Cl₂, Na₂Cl и Na₃Cl.

С помощта на PETRA III и в института Карнеги учените проверили своите догадки в хода на експерименти, ориентирани на създаването на Na₃Cl и NaCl₃. Според изчисленията на специалистите именно тези съединения се създават най-лесно. И успели.

Любопитно е, че тези съединения се явяват термодинамично стабилни, тоест ако не се променят налягането и температурата, те не се разпадат с времето (но при нормално налягане „живеят” няколко минути). Класическата химия опровергава самото им съществуване и твърди, че правилото на октета е длъжно да се изпълни, а в дадения случай то се игнорира.

Първоначално това причудливо съединение било обикновена готварска сол.
© Artem R. Oganov, Weiwei Zhang

Експериментите с готварска сол може да са само началото на редица открития на съвсем нови съединения. „Ако толкова проста система е способна да се превърне в такова разнообразие от съединения в условията на високо налягане, то и други ще могат – казва Гончаров. – Това откритие ще помогне да се намери отговор на все още отворени въпроси за възникването на планетните ядра, както и да повлече след себе си създаването на нови материали за практическо приложение.”