Materiais Avançados

Silício impossível contesta regras da química de Linus Pauling

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/12/2018

Silício
Os dois minerais eram considerados "impossíveis" do ponto de vista da química clássica: eles têm átomos de silício pentacoordenado, octaedros adjacentes de SiO6, e consistem em silício de quatro, cinco e seis coordenadas ao mesmo tempo. Além disso, vários fragmentos da rede atômica se conectam por faces, não por vértices, o que seria impossível de acordo com as regras de Linus Pauling.[Imagem: NUST MISIS]

Regras de Linus Pauling

Uma equipe internacional de físicos, químicos e cientistas dos materiais descobriu compostos de silício considerados "impossíveis" - que não deveriam existir de acordo com o saber científico aceito até agora.

A estrutura desses óxidos de silício, ou sílica, chamados de coesita-IV e coesita-V, representa a primeira exceção conhecida das regras gerais de formação de ligações químicas em materiais inorgânicos, que foram postuladas por Linus Pauling e lhe valeram o Prêmio Nobel de Química em 1954.

De acordo com as regras de Pauling, os fragmentos da rede atômica em materiais inorgânicos estão conectados por vértices porque a união por faces é a maneira mais intensiva em energia para formar uma conexão química - portanto, ela não existiria na natureza, sempre afeita a fazer as coisas de forma a gastar o mínimo necessário de energia.

No entanto, Elena Bykova e seus colegas provaram, experimental e teoricamente, que é possível formar ligações químicas pela face se os materiais estiverem em condições de pressão alta o suficiente.

Isso abre um caminho completamente novo no desenvolvimento da moderna ciência de materiais, mostrando que, fundamentalmente, novas classes de materiais podem existir em condições extremas, o que é importante não apenas para sintetizar esses novos materiais, como também para entender o núcleo dos planetas, a composição das estrelas e outros fenômenos astrofísicos.

"Em nosso trabalho, sintetizamos e descrevemos fases metaestáveis de alta pressão da sílica, coesita-IV e coesita-V: suas estruturas cristalinas são drasticamente diferentes de qualquer um dos modelos descritos anteriormente," acrescentou o professor Igor Abrikosov, que liderou a equipe da Universidade Nacional de Ciência e Tecnologia MISIS (Rússia), Universidade Bayreuth (Alemanha), Universidade de Linkoping (Suécia) e Instituto de Tecnologia da Califórnia (EUA).

Ligação química além de Pauling

As duas coesitas recém-descobertas contêm octaedros SiO6, que, ao contrário da regra de Pauling, estão conectados por meio da face comum, que é a opção mais intensiva em energia para uma conexão química.

Informações sobre a estrutura e as propriedades mecânicas do óxido de silício são vitais para entender os processos que ocorrem no manto do nosso planeta, por exemplo. "Nossos resultados mostram que os possíveis magmas de silicato no manto inferior da Terra podem ter estruturas complexas, o que torna esses magmas mais compressíveis do que o previsto anteriormente," disse Abrikosov.

Não por acaso, os experimentos se concentravam no estudo dos materiais sob altíssima pressão. Colocar um material em condições extremas é uma das formas mais promissoras de criar materiais qualitativamente novos. Por exemplo, em um dos trabalhos recentes, a mesma equipe bateu o recorde mundial de pressão, o que permitiu reproduzir as condições do núcleo dos planetas e criar novos tipos de materiais supercondutores.

Bibliografia:

Metastable silica high pressure polymorphs as structural proxies of deep Earth silicate melts
Elena Bykova, M. Bykov, A. Cernok, J. Tidholm, S. I. Simak, O. Hellman, M. P. Belov, I. A. Abrikosov, H.-P. Liermann, M. Hanfland, V. B. Prakapenka, C. Prescher, N. Dubrovinskaia, L. Dubrovinsky
Nature Communications
Vol.: 9, Article number: 4789
DOI: 10.1038/s41467-018-07265-z




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