Хіміки з Мюнхенського технічного університету синтезували ізоелектронний аналог карбонат-іона, що складається повністю з атомів металів - [SnBi3] 5-. Це перший приклад повністю металевого аналога карбонату, до того ж стійкого в розчинах. Процес синтезу зайняв близько семи місяців. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє.
Ізоелектронні аналоги - з'єднання, в молекулах яких містяться однакова кількість атомів і збігаються набори валентних електронів. Наприклад, ізоелектронними аналогами є чадний газ (CO) і азот (N2). В атомі вуглецю рівно на один валентний електрон менше, ніж в азоті, а в кисні - на один більше, сумарне число валентних електронів в азоті і в чадному газі збігається. Інші приклади - аніони сірчаної та хлорної кислот (SO42- і ClO4-), графен і нітрид бора. Ізоелектронні частинки виявляються дуже близькими за своїми фізичними властивостями: однакова структура, схожі температури плавлення і кипіння, схожі енергії хімічного зв'язку.
Автори нової роботи виявили рекордно важкий ізоелектронний аналог карбонат-аніону в рамках дослідження вісмутидів - сполук, в яких вісмут несе на собі негативний заряд. Хіміки розчинили в рідкому аміаку вісмутид калію (K3Bi2) і станнід калію (K4Sn9) і залишили отриману червону рідину більш ніж на півроку. У результаті через сім місяців вчені виявили в судині чорні пластинчасті кристали K5 [SnBi3]· 9 (NH3) - калієвої солі незвичайного аніону.
Структурний аналіз показав, що [SnBi3] 5- - не частина полімерного ланцюжка з атомів металів, а аніон у формі правильного трикутника, що геометрично збігається з карбонат-аніоном (CO32-). Як і карбонат, новий аніон містить 24 валентних електрони, всі атоми вісмуту в ньому абсолютно ідентичні (заряд ділокалізований між резонансними структурами). На відміну від карбонатів, стабільних у водних розчинах, [SnBi3] 5- швидко розкладається у присутності води - з "єднання стійке лише в розчинах рідкого аміаку.
Карбонат має більш прості ізоелектронні аналоги - наприклад, аніон азотної кислоти (NO3-). Раніше хіміки синтезували інші аналоги карбонатів - комплексні пніктиди кремнію і німеччина (Cs5SiP3 та інші), пніктиди алюмінію та індія (Cs6InAs3). Пошук з'єднань з незвичайними електронними властивостями і нестандартних ізоелектронних аналогів дозволяє перевірити межі застосовності сучасних теорій в хімії.
Раніше ми повідомляли про синтез нових класів «неорганічних бензолів» - речовин, електронна будова яких нагадує ароматичні органічні речовини, але які при цьому не містять в собі атомів вуглецю.