Хіміки з Університету Единбурга і шанхайського дослідницького центру HPSTAR вперше продемонстрували утворення ван-дер-ваальсових сполук між ксеноном і азотом при кімнатній температурі. Автори виявили, що два практично інертних з'єднання утворюють слабо пов'язану молекулу Xe (N2) 2 при тисках близько 50 тисяч атмосфер. Підтвердити її існування вдалося спектроскопічно і методами рентгенівської дифракції. Дослідження опубліковано в журналі.
Ван-дер-ваальсові зв'язки - найслабший вид взаємодій між молекулами або атомами. Їх енергія на порядки менша, ніж енергія хімічних зв'язків (наприклад, ковалентних) і поступається навіть водневим зв'язкам. Тим не менш, в деяких умовах такі зв'язки можна зафіксувати і навіть спостерігати з'єднання, які нею обумовлені. Наприклад, саме такими взаємодіями обумовлено існування дімерів гелію He2. Відрізнити два атоми, пов'язаних ван-дер-ваальсовими зв'язками, від ізольованих частинок можна за допомогою спектральних методів: такий зв'язок має характерні частоти коливань, з яких можна, наприклад, з'ясувати її енергію.
Особливий інтерес хіміків викликають процеси, в ході яких в реакцію вступають речовини, що зазвичай не реагують ні з чим. Наприклад, ксенон при кімнатній температурі не реагує ні з чим, крім окислювача виняткової сили - гексафториду платини. Трохи активніше вступає в хімічні реакції азот - основний компонент нашої атмосфери. При кімнатній температурі він вступає в хімічну взаємодію з літієм.
Нещодавно теоретики передбачили, що при тиску в 1,46 мільйона атмосфер ксенон і азот можуть реагувати один з одним, утворюючи нітрид ксенона з формулою XeN6. У новій роботі хіміки спробували перевірити це припущення. Хоча знайти ознаки утворення нітрида ксенону вченим не вдалося, автори виявили, що вже при тиску в 50 тисяч атмосфер два цих газу формували ван-дер-ваальсові зв'язки.
В експерименті хіміки поміщали твердий ксенон (при температурі менше - 112 градусів Цельсія) в комірку, що складається з двох алмазних «коваль». Потім туди ж поміщали під тиском чистий азот. Після цього осередок здавлювали, створюючи тиск аж до 1,8 мільйона атмосфер. Завдяки прозорості та стійкості алмаза фізики могли проводити спектральні та рентгенівські вимірювання зразка, що знаходився всередині комірки.
На формування ван-дер-ваальсового з'єднання вказала різка зміна картини рентгенівського розсіювання на комірці. Виходячи з цих даних автори приписали йому стехіометрію Xe (N2) 2 - на один атом ксенону в кристалічній комірці припадає дві молекули азоту. Спектральні характеристики дозволили вченим з'ясувати, що речовина, можливо, змінює зі зростанням тиску свої електронні властивості, стаючи металом. За словами авторів, тиск, при якому відбувається цей перехід в з'єднанні ксенона і азоту нижче, ніж в чистому ксеноні.
Хіміки відзначають високу стабільність Xe (N2) 2 при високих тисках (аж до 1,8 мільйона атмосфер) і високих температурах (до двох тисяч кельвінів). Як підсумовують автори, нова робота знову показує, що ксенон набагато більш реакційноздатний, ніж вважалося раніше.
Нещодавно інша група хіміків з Великобританії, Японії та Франції змусила ксенон вступити в сполуки з киснем, синтезувавши два нових його оксиди - Xe3O2 і Xe2O5. Для цього потрібні були тиски на порядок більші, ніж у новій роботі - близько мільйона атмосфер. Автори також використовували в своїй роботі алмазний осередок.
Високі тиски змушують багато речовин змінювати свої хімічні та фізичні властивості. Так, при тисках близько двох мільйонів атмосфер типовий метал натрій стає прозорим діелектриком, графіт перетворюється на лонсдейліт, а в окисі азоту виникають надпровідні властивості. Одним з найбільш примітних прикладів є поведінка сірководню під тиском: він стає рекордсменом високотемпáної надпровідності.