化学课本要更新了? 科学家“激活”惰性气体制得稳定的氦化合物

还记得中学化学里学过的惰性气体吗?一贯的说法是,惰性气体对应的元素位于周期表的 0 族,最外层是 8 电子稳定结构,化学性质非常不活泼,很难与其他物质形成稳定的化合物。不过,近来这一认识正逐渐被打破。

早前,科学家们就已发现某些惰性气体(如氙、氪和氡)能在极端条件下发生化学反应。而最近以犹他州立大学 Ivan Popov 教授为代表的国际研究团队更进一步,合成出一种稳定的氦钠化合物 Na2He——由钠原子和氦原子交替组合而成。

(钠原子为紫色,氦原子为绿色,红色是共享电子)

在前期尝试阶段,科学家们发现极低温环境下氦气与其他原子之间的范德华力会稍微增强,从而能结合原子及分子簇,形成化合物。但是这些结构极其不稳定,只能在瞬间形成。研究人员分析道,氦最外层 8 电子封闭结构就像是保护罩一样,使得它难以与其他原子“亲近”;所以即使能产生作用力,也难以形成保持稳定结构。

研究人员表示,这种限制就像是受大气层保护的地球表面一样。如果我们用超高压条件迫使这一稳定结构发生改变,氦或许就能表现出不一样的化学性质。

为了验证这一猜想,科学家们使用“晶体结构预测”计算机程序模拟出一种极度高压的环境,然后观察氦在其中会出现什么“反应”。结果发现,当氦和钠暴露在 110 万倍大气压下时,它们会形成一种稳定的交替结构。此外他们还在使用金刚石砧高压技术成功合成了 Na2He,证明了反应模型是真实存在的。

更有趣的是,研究人员发现这种化合物的结合方式非常特殊。“氦原子实际上并不形成任何化学键,但是它的存在改变了钠原子之间的相互作用——迫使钠原子的电子定位在结构立方体的的空隙内,并表现出一种绝缘的状态,从而形成稳定的化合物。”中国南开大学的研究人员肖东说道。

不过有不少科学家对这项研究提出了质疑。爱丁堡大学物理学家 Eugene Greoryanz 表示,虽然研究团队提交了这种结构的 X 射线衍射分析 告,但在这种极端环境下所测得的数据令人难以信服。“当然我不是说没有 Na2He,但是它们可能不是以这种方式存在的。”

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