Moderní zázraky: Fyzici stvořili tri-aniont s podivuhodnou stabilitou  
Až doteď byly tri-anionty jen takovou nepříliš stabilní hříčkou z laboratoře. Nový tri-aniont z beryllia, bóru a aniontu CN je ale všechny strčí do kapsy.
Atom. Kredit: Virginia Commonwealth University.
Atom. Kredit: Virginia Commonwealth University.

Alchymisté nevymřeli. Usídlili se na pomezí chemie a fyziky, kde si vaří zvláštní částice s unikátními vlastnostmi. Výzkumný tým Virginia Commonwealth University v Richmondu, stát Virginie, v tom uspěl a jejich objev by mohl vést k rozmanitým aplikacím.

 

Fyzik Puru Jena a lidé z jeho laboratoře stvořili tri-aniont, a ne ledajaký. Je to zatím nejvíce stabilní tri-aniont, na jaký jsme se kdy zmohli. Tri-aniont je částice, záporně nabitý iont, v němž jsou atomy zkombinovány tak, že má o tři elektrony více, než kolik je v něm protonů. Nový stabilní tri-aniont představuje významný úspěch, protože doposud známé tri-anionty nejsou právě zářným příkladem stability. Ztrácejí elektrony a jejich přítomnost vede ke hroucení chemických reakcí.

 

Puru Jena. Kredit: VCU.
Puru Jena. Kredit: VCU.

Jena se dal dohromady s čínskými fyziky a společně propočítali kvantově mechanické rovnice, jejichž výstupy pak nakrmili počítačové modely. Nakonec dospěli k tri-aniontu, který je tvořen strukturou z beryllia, bóru a aniontu CN. Výsledný tri-aniont lze zapsat jako BeB11(CN)12.

 

Podle chemiků jde o natolik významný počin, že si vysloužil status „VIP“ vědecké studie a místo na titulní straně významného chemického časopisu Angewandte Chemie. Takový tri-aniont zatím ještě nikdo neviděl. Je skutečně extrémně stabilní. Výzkum Jenova tým teď vlastně nabídl všem ostatním laboratořím návod, jak na to. V dohledné době tedy můžeme očekávat další podobné tri-anionty. Podle Jeny je teď otázkou, co s takovým tri-aniontem podniknout.

 

Virginia Commonwealth University
Virginia Commonwealth University

Podle všeho to nebude až takový problém. Tri-anionty, možná trochu překvapivě, se totiž zřejmě mohou uplatnit v celé řadě aplikací. Jena a jeho kolegové si zaspekulovali, že by takový tri-aniont mohl být použit třeba v novém typu baterií, které by byly hliník-iontové. Oproti stávajícím nabíjecím lithium-iontovým bateriím by měly podstatné výhody. Hliník je dostupnější než lithium a je také méně reaktivní.

 

K využití stabilních tri-aniontů se ale podle Jeny nabízí ještě daleko více možností. Ukazuje to dnešní používání mono-aniontů a di-aniontů, tedy částic s jedním nebo se dvěma „nadbytečnými“ elektrony. Tyto látky například tvoří soli. Také se používají v rozmanitých chemických sloučeninách, od čisticích prostředků až po oxidační činidla, která zabíjejí bakterie. Rovněž se s nimi čistí vzduch, což představuje průmysl o velikosti miliard dolarů. Budoucnost ukáže, k čemu všemu budou tri-anionty dobré.

Video:   Puru Jena


Literatura
Virginia Commonwealth University 18. 9. 2017, Angewandte Chemie online 28. 8. 2017.

Datum: 22.09.2017
Tisk článku

Platónův dialog Ión - Havlíček Aleš, Jinek Jakub
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 238 Kč
cena: 211 Kč
Platónův dialog Ión
Havlíček Aleš, Jinek Jakub
Související články:

Li-Ion batterie vylepšené křemičitým pískem     Autor: Stanislav Mihulka (11.07.2014)
Tesla staví v Austrálii největší Li-Ion baterii na světě     Autor: Stanislav Mihulka (11.07.2017)
Náhodně objevený nanohliník by mohl nastartovat vodíkovou ekonomiku     Autor: Stanislav Mihulka (05.08.2017)



Diskuze:

Jak správně říká myslící tank Jakub Janda, vždy je nutno uvést zdroj!

Josef Hrncirik,2017-09-23 18:30:33

Každý Osel by měl uvést DOI odkazu, aby jej bylo možno zdarma stáhnout z Vladimírova "SCIHUB", hubícího vědecké fake.
Preventivně to raději autoři neuvedli a tak jako obvykle jsem musel;
nyní na Angewandte vyhledat: Puru, Jena, trianions a přebírat výsledky.
Naštěstí sice slespoň až tam bylo i DOI článku: 10.1002/anie.201706764
, dokonce i pro další německojazyčnou verzi 10.1002/ange.201706764
Marně jsem se těšil na supplements, kde by se chlubili připraveným boro-beriliovým-kyano clustrem.
Nic nepřipravili, ani nekontrolovali v realitě, dokonce nasimulovali i spektra clustru a aniontů.
V "Experimental Section" na cca 17 řádcích Simulanti vyjmenovali SW a metody kterými zvládli plně popsat kýžené Super-Pnictogens, aniž museli umývat a sušit laboratorní sklo.
Simulace je pochopitelně absolutně přesná, stejně jako Schroendigerova rovnice a navíc se ušetří drahá a zdlouhavá práce s nebezpečnými chemikáliemi.

TAK SE TO MÁ EKOLOGICKY a EKONOMICKY DĚLAT!
A peer reviewers mlčí jako podplacení.

Odpovědět


Re: Jak správně říká myslící tank Jakub Janda, vždy je nutno uvést zdroj!

Jan Turoň,2017-09-24 12:51:17

Páni! Vědecký trash-talk :-)

Odpovědět


Re: Re: Jak správně říká myslící tank Jakub Janda, vždy je nutno uvést zdroj!

Josef Hrncirik,2017-09-24 12:57:35

Janda zdroj i ukazuje.

Odpovědět


Re: Re: Re: Jak správně říká myslící tank Jakub Janda, vždy je nutno uvést zdroj!

Josef Hrncirik,2017-09-24 13:09:15

Autoři jsou však nemístně skromní.
Místo svého názvu: Colossal Stability of Gas-Phase Trianions: Super-Pnictogens
měli směle použít přesnější:
Colossal Stability of Gas-Phase Trianions: Super-Pnictogens = Superhalogens!!!

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Jak správně říká myslící tank Jakub Janda, vždy je nutno uvést zdroj!

Josef Hrncirik,2017-09-24 13:15:15

Proto byly jejich Simulace oceněny již před názvem článku jako "Very Important Paper";
nevím co to je německy a za jaký příplatek ae to dá pořídit.

Odpovědět

Vladimír Lieberzeit,2017-09-22 19:23:17

Bohužel nemám dostatečné znalosti -- mohl by mne nějaký odborník prosím poučit, jaký je fundamentální rozdíl mezi tímto tri-aniontem a třeba tri-aniontem PO4 (z H3PO4)? Děkuji.

Odpovědět


Re:

Pavel Brož,2017-09-22 20:47:47

To je výborná otázka, a bohužel nejen v tomto článku zde na oslu, ale ani ve většině popularizačních článků o tomto objevu na všech možných médiích na to nenajdete odpověď, ta je ale k nalezení přímo u zdroje v abstraktu:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28726300

"Multiply charged negative ions are ubiquitous in nature. They are stable as crystals because of charge compensating cations; while in solutions, solvent molecules protect them. However, they are rarely stable in the gas phase because of strong electrostatic repulsion between the extra electrons."

Takže to revoluční na tom objevu je, že ta stabilita se týká PLYNNÉ fáze té sloučeniny. U kapalin a pevných látek opravdu existují milióny stabilních multi-anionů, např. Vámi uvedený PO4(3-).

Odpovědět


Re: Re:

Josef Hrncirik,2017-09-22 22:09:10

Aniont vytvořili pouze v počítači a vše si nasimulovali.
Elektronové afinity aniontů i ev. disociační energii sloučeniny aniontů s Al+++ iontem v "iontovém Al aku" také statečně nasimulovali.
Aby si nekomplikovali simulace, vše nechali v plynné fázi.
Aku pochopitelně nutně pracuje s rozpouštědlem.
Je vůbec otázka zda daný trianiont se rozumně v nějakém rozpouštědle rozpouští,
ev. jakou má pohyblivost při své obrovské velikosti (navíc pokud vazba Al+++An--- je prý velmi silná. Např. AlPO4 je zcela nerozpustný.
BeB11(CN)12--- si jenom nasimulovali.
Napřed by museli připravit BeB11H12 a na něm zaměnit H za skupiny CN a potom to zoxidovat přes monoaniont, dianiont až na trianiont.
Pochopitelně vždy s nějakými vhodnými protikationty a asi ne v plynné fázi, neboť tyto soli budou málo těkavé či nestabilní při vysoké teplotě,
ev. nakonec budou nuceni mít nějaké rozpouštědlo pro jednoduchou práci při nízké teplotě.
Nesmírné problémy budou se zavedením i ev. 1 atomu Be do ikosaedrového klastru B12H12.
Berylium je velmi toxické a deficitnější než lithium a dražší.
V článku píší, že jejich trianiont je strašně silné oxidovadlo až tzv. superhalogen
a nasimulovali si, že disociační energie sloučeniny je 5,44 eV, tj. 0,544 MJ/0,446 kg samotné sloučeniny Al+++An---, tj. 1,22 MJ/kg = 0,34 kWh/kg aktivní hmoty bez elektrolytu, separátorů, vodičů i obalu.
Určitě to na Lion nestačí, nehledě na notorickou pasivitu Al a jeho malou rozpustnost (reaktivitu, či velká přepětí) formy Al+++An---.
Prostě má-li to vydat hodně energie, produkt bude nerozpustný a málo reaktivní již u Al2O3, kde je aniont O-- jen se 2 náboji.

Odpovědět


Re: Re: Re:

Pavel Brož,2017-09-22 22:29:56

Děkuji za upřesnění! Bohužel z toho abstraktu (k plnému článku bohužel nemám přístup, nadto jako nechemik bych mu stejně moc nerozuměl) se nedalo poznat, že vše se odehrálo jenom jako simulace, ba naopak abstrakt sugeroval, že stabilita byla i "demonstrována", viz věta:

"Stability of BeB11 (X)123- (X=CN, SCN, BO) trianions is demonstrated in the gas phase, with BeB11 (CN)123- exhibiting colossal stability against electron emission by 2.65 eV and against its neutral adduct by 15.85 eV."

Moje původní pochopení bylo, že vhodná sloučenina byla nejprve nalezena simulací a následně syntetizována. Takže ve skutečnosti nakonec šlo pouze o simulaci. K fyzice jsem se dostal od chemie, zanedbatelné pidiznalosti chemie snad ještě mám, nicméně taky mě vrtalo hlavou, jak chtějí takového macka realizovat v plynné fázi. Na druhou stranu i u ještě těžších fulerenů (až C60) se podařilo vytvořit proud izolovaných molekul ve vakuu, tak jsem si říkal, jestli neudělali něco podobného i tady.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re:

Milan Krnic,2017-09-23 10:21:48

Děkuji za informace.
Dotyční vědci jsou tedy zřejmě hluboce věřící, když je modelování nazýváno "stvořením".

Odpovědět


Re: Re: Re: Re:

Jiří Novák,2017-09-23 12:38:46

Nebyla by k zahození metastudie, kolik objevů dejme tomu za rok bylo učiněno doopravdy a kolik jen simulovaně. Pročítám (s výjimkou biologie) jen populární servery, jako je osel. Mám ale dojem, že v praxi neověřených, případně neověřitelných doměnek, vydávaných za objevy přibývá.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re:

Milan Krnic,2017-09-23 16:30:17

Mě fascinuje, kolik energie (finance jsou relativní) se v té umělé zaměstnanosti utopí. Tak ale to je čistě filosofická věc, jinak to zjevně dělat nejde.

Odpovědět


Co ale nebohé NAVY a DARPA mohli dělat, když vypsaly granty na přípravu vysokohustotního superoxidovadla?

Josef Hrncirik,2017-09-23 17:29:06

Puru Jena z VCU College of Humanities + Sciences jim nabídl nesmírně silné oxidovadlo, vlastně nejsilnější superhalogen (dokonce jako extrémně stabilní plyn aniontů, šířící vzduchem proud i napětí, kyanid i jedovaté beryllium i bor.
Jako prémie je i musulmanským amatérským chemikům zřejmé, že toto superoxidovadlo je současně neobyčejně silné redukovadlo.
Při thermobarické reakci se vzduchem po zážehu laserovým či taserovým impulzem explodující na směs toxických par a mlhy aerosolu BeO, B2O3 a ekologicky vražedného CO2 i dusivého dusíku.
Ostatně článek je pravdivě a marketingově velmi správně nazván:
"The Concept of Super-pnictogens".
Teprve ve wikině jsem našel, že to jsou obyčejné superdusíky (superdusidla).
Prostě Puru Jena, jen použil kvantitavně uvolněné dolary, aby poskytl dobře placenou užitečnou práci sympatizujícím vědcům v PRC.

Odpovědět


Elektřinu potom budemš skladovat v plynojemu a z airsoftové pistolky uděláme railgun!

Josef Hrncirik,2017-09-24 07:26:07

Odpovědět


Re: Re: Re: Re:

Alexandr Kostka,2017-09-24 10:02:09

Pozor, realita pana Hrnčiříka bývá lehce odlišná od reality nás ostatních. Co píše může (a nemusí) odpovídat. A i jestli jde o pouhou simulaci, tak se patrně najde cesta, jak to syntetizovat.

PS: a článek skoro určitě bude někde k najití a stažení. Existuje web (tuším ruský) kde se po pár týdnech od zveřejnění objeví kopie skoro všech článků. (Dokonce jej využívají i vědci, kterým jejich ústavy platí oficiální přístupy. Protože je jednodušší koukat na jeden web, užívat jedno vyhledávací rozhraní, než se logovat na 50 časopisů a muset si pamatovat rozdílná rozhraní jednotlivých webů.)

Odpovědět


Vyjímečně se to kryje s realitou mého příspěvku zde z 23.IX.18:30;33

Josef Hrncirik,2017-09-24 10:15:22

Díky.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re:

Josef Hrncirik,2017-09-24 11:09:17

A proč by to někdo syntetizoval, když i samotný Puru píše, že i v plynné fázi mohou být na polyanionty nabity i některé výšemolekulární organické látky.(jistě i nánografit)

Při chemických aplikacích je však rozhodující spíše redox potenciál (oxidační či redukční schopnost látky (iontu) či elektrochemický ekvivalent než nezajímavý náboj.
Aby to bylo stabilní v plynné fázi, tak to tyto technicky důležité parametry musí mít malé, nezajímavé hodnoty.

Navíc žádná praktická aplikace nevyžaduje nutně použít samotný vysokonábojový iont a ještě ke všemu v plynné fázi.
V praktických aplikacích jde vždy o elektrolyt, obvykle s rozpouštědlem či tavidlem,
či redukci nebo oxidaci na pochopitelně pevné elektrodě.

Iont v plynné fázi bude pouze v zanedbatelné koncentraci ve složité směsi s neionizovaným podílem, jinými ionty ev. vlastními rozdílně nabitými a hlavně s protionty či elektrony prakticky jen v dokonalém vakuu a bude zajímat pouze (optické či hmotové) spektroskopisty, jinak totiž bude nezjistitelný stejně jako jeho praktické dopady.
K praktickým oxidacím nám bohatě postačuje O2, ev. Cl2 či F2 který stejně připravuji anodickou oxidací F-.
... redukcím C, H2; Na, Li či K ... katodickou redukcí,
pochopitelně ne s pouhým elektronovým paprskem (analogií trianiontového plynu).

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace