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पांच नए कैल्शियम कार्बाइड: अद्वितीय reducers और नए हाइड्रोकार्बन संश्लेषण विधियों

Anonim

एमआईपीटी के नेतृत्व में एक टीम प्रोफेसर आर्टम ओग्नोव ने विभिन्न रासायनिक और भौतिक गुणों के साथ कार्बन और कैल्शियम के पांच पूरी तरह से नए यौगिकों के अस्तित्व की भविष्यवाणी करने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग किया है, जिसमें से दो प्रयोग करके। नेचर कम्युनिकेशंस पत्रिका ने अध्ययन के परिणामों की एक लेख प्रकाशित किया है।

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कैल्शियम कार्बाइड (सीएसी 2) एक दुर्लभ रासायनिक यौगिक नहीं है: आप इन छोटे सफेद चट्टानों में आ सकते हैं, जिससे गैस वेल्डिंग और उर्वरक के लिए एसिटिलीन उत्पन्न होता है। कैल्शियम और कार्बन यौगिक, कैल्शियम हेक्साकार्बाइड (सीएसी 6) का एक और विदेशी रूप भी है, जो 11.5 केल्विन के अपेक्षाकृत उच्च तापमान पर एक सुपरकंडक्टर बन जाता है।

ओगनोव समूह ने पाया है कि कार्बन और कैल्शियम यौगिकों की विविधता इन दो पदार्थों तक ही सीमित नहीं है। कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके, उन्होंने पाया कि कम से कम पांच अन्य कार्बाइड कुछ स्थितियों के तहत मौजूद हो सकते हैं।

वैज्ञानिक यौगिकों की खोज में विशेषज्ञ हैं जो असंभव प्रतीत होते हैं, क्योंकि उनका अस्तित्व ज्ञात रासायनिक कानूनों के मुकाबले चलता है। प्रोफेसर ओगनोव द्वारा विकसित रासायनिक यौगिक सिमुलेशन एल्गोरिदम यूएसपीएक्स का उपयोग करके, उन्होंने सोडियम और क्लोरीन, NaCl3, NaCl7, Na3Cl2, Na2Cl और Na3Cl के "गैर मानक" लवण के अस्तित्व की भविष्यवाणी की, जिसने रसायन शास्त्र के नियम तोड़ दिए, और फिर प्रयोगों के दौरान इन यौगिकों को प्राप्त किया । उन्होंने कई "गैर मानक" एल्यूमीनियम ऑक्साइड, मैग्नीशियम ऑक्साइड और अन्य पदार्थों की भी खोज की।

कैल्शियम और कार्बन यौगिकों ने समूह के ध्यान को आकर्षित किया क्योंकि दोनों तत्वों के संरचनात्मक और इलेक्ट्रॉनिक गुण विभिन्न दबावों में काफी भिन्न होते हैं। विशेष रूप से, 216 जीपीए कैल्शियम के दबाव पर शुद्ध तत्वों के बीच उच्चतम सुपरकंडक्टिंग संक्रमण तापमान (2 9 के) दिखाता है।

यूएसपीएक्स सिम्युलेटर का उपयोग करके, वैज्ञानिकों ने सभी संभावित कार्बाइड के गुणों का विश्लेषण किया जिन्हें सामान्य से लेकर 100 जीपीए तक के दबावों में संश्लेषित किया जा सकता है और पांच संभावित पदार्थों का पता लगाया गया है: Ca5C2, Ca2C, Ca3C2, CaC और Ca2C3।

उनकी गणना से पता चला है कि 28 जीपीए, सीए 2 सी से ऊपर दबाव में सीए 2 सी 2, सीए 2 सी 2 - उपरोक्त 14 जीपीए, सीए 3 सी 2 - 50 जीपीए से ऊपर, सीएसी - 26 जीपीए से ऊपर, और सीएसी 2 -बॉव 21 जीपीए। इन यौगिकों के क्रिस्टल लैटिस में कार्बनिक संरचनाएं होती हैं, जिसमें डंबेल से लेकर बेल्ट तक के आकार और हेक्सागोन वाली परतें होती हैं।

Ca2C सबसे असाधारण यौगिक साबित हुआ। Graphene की तरह, यह एक द्वि-आयामी धातु की संरचना और गुण है। ग्रैफेन एक कार्बोनिक सामग्री है, जिसकी संश्लेषण ने आंद्रे जिम और कॉन्स्टेंटिन नोवोसेलोव को 2010 के नोबेल पुरस्कार अर्जित किया। लेकिन graphene के विपरीत, Ca2C विद्युत धारा में कैल्शियम परमाणुओं की परतों के साथ चला जाता है, कार्बन परमाणु नहीं, और कैल्शियम परतों में मुफ्त इलेक्ट्रॉनों के पंख हैं।

उनकी सैद्धांतिक भविष्यवाणियों की पुष्टि करने के लिए, ओगनोव के समूह ने यौगिकों को संश्लेषित करने के लिए एक प्रयोग किया। उन्होंने कैल्शियम और कार्बन का एक तथाकथित हीरा एनील सेल, एक कक्ष में मिश्रण रखा जिसमें एक सामग्री नमूना दो हीरे के बीच निचोड़ा हुआ है। इस तरह के कक्ष में दबाव सैकड़ों जीपीए तक पहुंच सकता है।

वैज्ञानिकों ने सीए 2 सी 3 के संश्लेषण को 10 जीपीए से अधिक दबाव और 2000 के पास के तापमान पर संश्लेषित किया, जबकि सीए 2 सी देखा गया जब दबाव 22 जीपीए से अधिक हो गया। Synchrotron विकिरण का उपयोग, समूह सैद्धांतिक रूप से भविष्यवाणी की संरचनाओं के अस्तित्व की पुष्टि करने में सक्षम था।

ओगनोव ने कहा, "इन असामान्य पदार्थों के लिए व्यावहारिक अनुप्रयोगों को खोजना संभव है, अगर उन्हें पर्याप्त मात्रा में संश्लेषित किया जाता है।"

मुक्त इलेक्ट्रॉन क्लंप के साथ द्वि-आयामी कार्बाइड अद्वितीय reducers हैं और रासायनिक उद्योग में इस्तेमाल किया जा सकता है। ओगनोव ने कहा कि तीन या अधिक कार्बन परमाणुओं के साथ कार्बाइड का उपयोग असामान्य हाइड्रोकार्बन को संश्लेषित करने के लिए किया जा सकता है।

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कहानी स्रोत:

मॉस्को इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी द्वारा प्रदान की जाने वाली सामग्री। नोट: सामग्री शैली और लंबाई के लिए संपादित किया जा सकता है।


जर्नल संदर्भ :

  1. यान-लिंग ली, शेंग-नान वांग, आर्टेम आर ओगानोव, हुयांग गौ, जेसी एस स्मिथ, टिमोथी ए स्ट्रोबेल। सिद्धांत और प्रयोग का उपयोग कर विदेशी स्थिर कैल्शियम कार्बाइड की जांचप्रकृति संचार, 2015; 6: 6974 डीओआई: 10.1038 / एनकॉम 77974