خمس مركبات جديدة لكربيدات الكالسيوم

تاريخ النشر : 29/08/2015 التعليقات :0 الاعجابات :0 المشاهدات :1951
الكاتب آمنة سعود

{إنما يخشی الله من عباده العلماء}

المراجع نجلاء الحربي

طالبة ماجستير في الكيمياء الحيوية.

كربيدات الكالسيوم

خمسة مركبات جديدة لكربيدات الكالسيوم: مخفضات فريدة وطرق جديدة لتصنيع الهيدروكربون

استخدمت مجموعة تقاد من قبل البروفيسور في معهد موسكو لعلوم الفيزياء والتقنية MIPT أرتيم أوقانوف تقنية المحاكاة الحاسوبية وذلك للتنبأ بوجود خمسة مركبات جديدة من الكربون والكالسيوم ذات خصائص كيميائية وفيزيائية متنوعة، تمّ الحصول على اثنين منها من خلال التجربة ونشرت نتائج الدراسة بمقال في مجلة اتصالات الطبيعة.

إنّ كربيد الكالسيوم (CaC2) لا يُعتبرمركباً كيميائياً نادراً، حيث يمكن إيجاده عبر الصخور البيضاء الصغيرة منتجاً غاز الأسيتيلين المستخدم في عمليات اللحام وأيضا الذي يستعمل كسماد. هناك أيضاً صيغة شاذة من مركبات الكالسيوم والكربون وهو كربيد الكالسيوم السداسي (CaC6) والذي يصبح موصل جيد للكهرباء عند درجة حرارة مرتفعة جداً تصل إلى 11.5 كالفن.

 

وقد اكتشفت مجموعة أوقانوف أنّ المركبات المتنوعة من الكربون والكالسيوم ليست محدودة بهاتين المادتين. فعند استخدام المحاكاة الحاسوبية، وجدوا أن هناك على أقلّ تقدير خمسة كربيدات أخرى يمكن أن توجد وتتكون تحت ظروف معينة.

ويتخصص هؤلاء العلماء في البحث عن مركبات يبدو من المستحيل إيجادها، كما أنّ وجودها يتعارض مع قوانين الكيمياء. باستخدام جهاز المحاكاة اللوغارتمي للمركبات الكيميائية المطور من قبل البروفيسور أوقانوف، فقد تمكن العلماء من التنبؤ بوجود أملاح غير قياسية مكونة من جزيئات الصوديوم والكلور؛ وهي (NaCl3, NaCl7, Na3Cl2, Na2Cl, Na3Cl)، والتي كسرت قوانين الكيمياء، وتم الحصول على هذه المركبات خلال التجربة. وقد اكتشفوا أيضاً مركبات غير قياسية أخرى مثل : أكسيد الألمنيوم وأكسيد المغنيسيوم ومواد أخرى.

جذبت مركبات الكالسيوم والكربون اهتمام المجموعة وذلك لأن التركيب والخصائص الإلكترونية لكلا العنصرين تختلف اختلافا كبيرا عند الضغوط المختلفة. وبشكلٍ خاص، عند ضغط 216 جيجا باسكال يُظهر الكالسيوم خاصية توصيل حرارة فائقة بين العناصر النقية عند درجة حرارة تبلغ 29 كالفن.

وباستخدام المحاكاة، قام العلماء بتحليل خصائص كل ما يمكن من الكربيدات التي يُمكن تصنيعها عند ضغوط تتراوح ما بين الطبيعية إلى 100 جيجا باسكال  وعندها اكتشفوا خمسة مواد محتملة وهي: Ca5C2, Ca2C, Ca3C2, CaC, Ca2C3.

وقد أظهرت حساباتهم أن مركب Ca2C3 يبقى مستقراً عند ضغط أقل من 28 جيجا باسكال، وأما مركب Ca5C2 فيبقى مستقراً عند عند ضغط أعلى من 58 جيجا باسكال، ومركب CaC2 يستقر عند ضغط أعلى من 14 جيجا باسكال، ومركب Ca3C2 عند ضغط أعلى من 50 جيجا باسكال، ومركب CaC يستقر عند ضغط أعلى من 26 جيجا باسكال، و أخيراً مركب CaC2 يستقر عند ضغط أعلى من 21 جيجا باسكال. يحتوي التشابك الكريستالي لهذه المركبات على تراكيب كربونية مع أشكال تتنوع ما بين شكل أثقال إلى أحزمة أو طبقات تتألف من أشكال سداسية.

يثبت كربيد الكالسيوم (Ca2C) بأنه أكثر المركبات تميزاً وغرابةً مثل الجرافين، فهو لديه تركيب وخصائص لمعادن ثنائية الأبعاد. الجرافين يعتبر مادة كربونية فهو التركيب الذي حصل أندريه و كونستانتن بسببه على جائزة نوبل عام 2010م. لكن على عكس الجرافين، فإنّ التيار الكهربائي في كربيد الكالسيوم يذهب على امتداد طبقات ذرات الكالسيوم وليس ذرات الكربون، وهناك أيضاً كتل من الالكترونات الحرة في طبقات الكالسيوم.

لتأكيد تنبؤاتهم النظرية، قام فريق أوقانوف بتنفيذ التجربة لتصنيع المركبات ، حيث وضعوا مزيج من الكالسيوم والكربون داخل خلية سندانية ألماسية، وهي عبارة عن تجويف بحيث يتم ضغط العينة بداخله بين ألماستين. وقد يصل الضغط إلى مئات الجيجا باسكال في هذا التجويف.

سجل العلماء تصنيع مركب Ca2C3 عند ضغوط تتجاوز 10 جيجا باسكال وعند حرارة مقاربة لـ2000 كالفن، وقامو بملاحظة كربيد الكالسيوم عندما تخطى الضغط درجة 22 جيجا باسكال. باستخدام إشعاع السينكروترون، (مسرع جسيمات في مدار دائري متزامن مع المجال المغناطيسي)، أصبحت المجموعة قادرة على إثبات وجود التراكيب المتوقعة نظرياً.

قال أوقانوف: “إنه من الممكن إيجاد تطبيقات عملية لهذه المواد الغير مألوفة،إذا تم تصنيعها بكميات كافية”.

إنّ الكربيدات الثنائية الأبعاد ذات كتل الإلكترونات الحرة تعتبر مخفضات فريدة من نوعها ، ويمكن استخدامها في الصناعات الكيميائية. وأضاف أوقانوف أن كربيدات ذات ثلاثة ذرات كربون أو أكثر يمكن استخدامها لتصنيع مواد هيدروكربونية غير شائعة.

 

المصدر: http://www.sciencedaily.com/releases/2015/06/150618122230.htm


شاركنا رأيك طباعة