Все новости

Физики "закрыли" карбид технеция

К переходным металлам относят и хорошо изученные железо или медь, и радиоактивный технеций

МОСКВА, 24 марта. /ТАСС/. Международная группа учёных под руководством заведующего лабораторией компьютерного дизайна материалов МФТИ Артёма Оганова доказала, что карбида технеция не существует - за него ошибочно принимался чистый технеций. Это открытие важно для химии карбидов переходных металлов - перспективных жаропрочных и твердых материалов, сообщает пресс-служба МФТИ.

Химия карбидов

"Химия карбидов переходных металлов местами противоречива - для одного и того же материала могут существовать статьи и о возможности, и о невозможности его существования. В этой работе удалось внести толику ясности в вопрос о причинах формирования этих соединений и сделать задел для будущих исследований и поисков новых карбидов, полезных для прикладных задач. К тому же, порой вовремя "закрыть" материал, как например ТсС, важно для экономии сил и времени нынешних и будущих исследователей темы", - прокомментировал соавтор исследования и сотрудник Лаборатории компьютерного дизайна материалов Олег Фея.

Химические свойства элементов определяются положением внешних электронов, способных взаимодействовать с электронами других атомов. Схематическое представление траекторий таких атомов Пресс-служба МФТИ
Описание
Химические свойства элементов определяются положением внешних электронов, способных взаимодействовать с электронами других атомов. Схематическое представление траекторий таких атомов
© Пресс-служба МФТИ

К переходным металлам относят и хорошо изученные железо или медь, и радиоактивный технеций. Соединения переходных металлов с углеродом, карбиды, обычно представляют собой жаропрочные твердые вещества, причём соотношение углерода и металла в них может варьироваться. Какие карбиды можно синтезировать в принципе - важный вопрос, ответ на который волнует не только специалистов по машиностроению и химиков- технологов, но и теоретиков. Первым нужны прочные и жаростойкие покрытия для режущих инструментов, а вторых карбиды переходных металлов привлекают своей способностью выступать в роли химического катализатора, подобного дорогим платиновым металлам.

Как "закрывали" материал

Универсального и простого способа предсказать существование тех или иных химических соединений до сих пор не существует, поэтому такое вещество, как карбид технеция ТсС, оказалось в числе спорных: одни исследователи утверждали, что смогли его синтезировать, другие сомневались в корректности опубликованных данных. Используя ранее разработанный алгоритм USPEX, группа учёных во главе с Артемом Огановым (профессор Сколтеха и Университета Штата Нью Йорк, заведующий лабораторией в МФТИ, профессор Российской Академии Наук) смоделировала целый ряд карбидов переходных металлов и убедительно показала, что карбид технеция получить невозможно.

Для оценки устойчивости соединений с высоким содержанием углерода авторы статьи рассчитали энергию образования монокарбида. Некоторые эти значения были отрицательными, что означало, что формирование таких монокарбидов переходных металов энергетически выгодно, и они должны быть устойчивы. В число металлов, которые можно успешно соединить с углеродом попали титан, ванадий, цирконий, ниобий, гафний и тантал.

Пустоты в кристаллической ячейке металлов, которые может заполнять углерод Пресс-служба МФТИ
Описание
Пустоты в кристаллической ячейке металлов, которые может заполнять углерод
© Пресс-служба МФТИ

У железа, хрома, магния и технеция энергия образования FeC, CrC, MnC и TcC оказалось положительна и, следовательно, эти монокарбиды неустойчивы. Кроме того, ученые показали, что в случае технеция энергия внедрения углерода в его кристаллическую решетку также больше нуля - проще говоря, этот процесс технически невыгоден.

Поэтому, получается, что ранее "обнаруженному" монокарбиду технеция противоречит фундаментальным законам природы: синтезировать можно только карбиды технеция с низким содержанием углерода (Tс10C, Tс8C и Tc6C). Такой результат моделирования прекрасно согласуется с результатами исследователей, получавших все эти соединения на практике.

Также физики смогли объяснить данные рентгенограмм, которые ранее, предположительно, доказывали существования монокарбида технеция. Они смоделировали рассеяние рентгеновских лучшей на чистом технеции и увидели очень похожую картину. Видимо, ранее экспериментаторы принимали за монокарбид технеция просто чистый технеций.