Химики из Кембриджского центра кристаллографии, Университета Рутгерса и Аргоннской национальной лаборатории впервые зафиксировали взаимодействие между неоном — благородным газом — и переходным металлом. Ученым удалось адсорбировать неон в металл-органический каркас. Взаимодействие наблюдалось при давлении около 100 атмосфер. Исследование опубликовано в журнале Chemical Communications, кратко о нем сообщает блог Королевского химического общества.

Неон относится к группе благородных или инертных газов. Эти вещества — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон — обладают очень низкой реакционной способностью и в большинстве своем не реагируют даже с сильнейшими окислителями, например, фтором. Устойчивые соединения описаны лишь у ксенона (оксиды, фториды и даже соли ксеноновой кислоты) и, в гораздо меньших количествах, у криптона (фторид). С приближением к началу списка реакционная способность газов падает еще сильнее и уже для неона не описано ни одного кристаллического соединения, кроме самого охлажденного газа и его клатрата с водой.

В новой работе авторы использовали для захвата неона металл-органический каркас. Это кристаллический материал, состоящий из атомов металлов и органических лигандов, образующих трехмерную сеть между ними. В полостях каркаса могут помещаться различные газы, в зависимости от размеров полостей — от простых (водород, благородные газы) до сложных (диоксид углерода). Химики использовали два каркаса различного состава с размером полости подходящим для атома неона — на основе меди и никеля. 

Упаковка неона (оранжевый) в никелевом каркасе (слева). Справа — карта, показывающая распределение электронной плотности в срезе. Peter A. Wood et al. / Chemical Communications, 2016

Ученые помещали каркасы в среду неона и следили за изменением их кристаллической решетки с ростом давления. Эксперимент проводили при пониженных температурах. По словам химиков, в случае медного материала наблюдались обычные Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия между неоном и окружающими атомами. Точно такие же взаимодействия существуют, например, в твердом кристаллическом неоне. Однако в случае никелевого каркаса авторы заметили аномалии: когда давление в образце снижали до атмосферного десорбция неона происходила не полностью. Это косвенно указывает на существование дополнительного взаимодействия между атомами неона и никеля. 

Заполненность полостей в металл-органическом каркасе в зависимости от давления. Заполненные фигуры — адсорбция при повышении давления, пустые — десорбция при снижении давления. Видно, что в некоторых позициях кристаллической решетки даже после снятия давления остается неон. Peter A. Wood et al. / Chemical Communications, 2016

Современные методы получения неона основаны на сжижении воздуха, однако это дорогостоящий процесс. Авторы надеются, что захват благородного газа с помощью металл-органических каркасов поможет упростить эту задачу. 

Частота встречаемости различных элементов в органическом окружении в кембриджской базе данных кристаллических структур. Peter A. Wood et al. / Chemical Communications, 2016

Интересно, что исследование приурочено к 50-летию кембриджской базы данных кристаллических структур. По состоянию на 2016 год в структурах в базе данных можно было встретить в различных органических окружениях атомы 94 различных элементов — от водорода до калифорния. Единственным исключением был неон. Как рассказывают ученые, заполнить этот пробел удалось лишь благодаря случайной встрече, произошедшей на одной из научных конференций.

Ранее химики из Великобритании, Японии и Франции синтезировали два новых оксида ксенона — Xe₃O₂ и Xe₂O₅. Интересно, что в первом из них часть атомов ксенона находится в степени окисления «0». Получить соединения ксенона удалось путем прямой реакции между инертным газом и кислородом при давлении немногим менее миллиона атмосфер

Автор: Владимир Королёв