Una paradoja del sílice produce materiales ‘imposibles’

Una modificación ‘imposible’ en variantes de coesitas, unas formas del sílice, parece desafiar las reglas generalmente aceptadas para la formación de enlaces químicos en materiales inorgánicos.

De acuerdo con las reglas de Linus Pauling, quien ganó el Premio Nobel de Química de 1954 por ese descubrimiento, los fragmentos de la red atómica en materiales inorgánicos están conectados por vértices, porque la unión por caras es la forma más intensiva de energía para formar una conexión química. Por lo tanto, no existe en la naturaleza.

Sin embargo, científicos han demostrado ahora, tanto experimental como teóricamente, utilizando la supercomputadora NUST MISIS (National University of Science and Technology – MISIS ), que es posible establecer conexiones de este tipo si los materiales están en condiciones de presión ultraalta. Los resultados obtenidos, publicados en Nature Comunications, muestran que existen fundamentalmente nuevas clases de materiales en condiciones extremas.

“En nuestro trabajo, hemos sintetizado y descrito fases metaestables de sílice de alta presión: coesita-IV y coesita-V. Sus estructuras cristalinas son drásticamente diferentes de cualquiera de los modelos descritos anteriormente”, dice Igor Abrikosov, líder del equipo de investigación teórica. “Dos coesitas recién descubiertas contienen octaedros de SiO6, que, contrariamente a la regla de Pauling, están conectados a través de la cara común, que es la conexión química más intensiva en energía. Nuestros resultados muestran que los posibles magmas de sílice en el manto inferior de la Tierra pueden tener estructuras complejas, lo que hace que estos magmas sean más compresibles de lo que se predijo antes”.

El equipo de investigación se centró en el estudio de los materiales a presión ultraalta. Estas condiciones extremas conducen a materiales cualitativamente nuevos. Por ejemplo, en uno de los artículos recientes, los científicos informaron sobre la creación de nitruros que antes se pensaba que eran imposibles de obtener.

La información sobre la estructura y las propiedades mecánicas del óxido de silicio es vital para comprender los procesos que tienen lugar en el manto de la Tierra. Mientras estudiaban la estructura del material, que existe a temperaturas y presiones extremadamente altas en el interior de la Tierra, los científicos descubrieron que una modificación especial del óxido de silicio, la coesita polimorfa, sufre una serie de transiciones de fase a una presión de 30 GPa y forma nuevas fases (“coesita-IV” y “coesita-V”), que mantienen el SiO4 tetraédrico como los principales elementos estructurales de la red cristalina.

En los nuevos experimentos, los científicos han ido más lejos al comprimir el óxido de silicio en un yunque de diamante a una presión de más de 30 GPa y han observado cambios estructurales en esta fase utilizando difracción de rayos X de un solo cristal. Los resultados son sorprendentes: estos cambios estructurales son excepciones a las reglas de Pauling y aparentemente ‘imposibles’ según la química clásica de los cristales:

Fuente: europapress.es

¿Ya conoces nuestro canal de YouTube? ¡Suscríbete!