Uma equipe internacional de físicos e cientistas de materiais da NUST MISIS, Bayerisches Geoinstitut (Alemanha), Linkoping University (Suécia), e o California Institute of Technology (U.S.) descobriu uma modificação "impossível" dos materiais de sílica-coesita-IV e coasita-V, que parece desafiar as regras geralmente aceitas para a formação de ligações químicas em materiais inorgânicos formulados por Linus Pauling, que ganhou o Prêmio Nobel de Química em 1954 por essa descoberta. Os resultados da pesquisa foram publicados em Nature Communications em 15 de novembro, 2018.

De acordo com as regras de Pauling, os fragmentos da rede atômica em materiais inorgânicos são conectados por vértices, porque a ligação por rostos é a maneira mais intensiva de energia de formar uma conexão química. Portanto, não existe na natureza. Contudo, cientistas provaram, tanto experimentalmente quanto teoricamente, usando o supercomputador do NUST MISIS, que é possível formar tais conexões se os materiais estiverem em condições de ultra-alta pressão. Os resultados obtidos mostram que existem classes fundamentalmente novas de materiais em condições extremas.

“No nosso trabalho, sintetizamos e descrevemos fases metaestáveis ​​da sílica de alta pressão:coesita-IV e coesita-V. Suas estruturas cristalinas são drasticamente diferentes de qualquer um dos modelos descritos anteriormente, "diz Igor Abrikosov, líder da equipe de pesquisa teórica. "Dois coesitos recém-descobertos contêm octaedros SiO ₆ , naquela, contrário à regra de Pauling, estão conectados através de uma face comum, que é a conexão química que consome mais energia. 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. "

A equipe de pesquisa, liderado pelo professor Igor Abrikosov, centrou-se no estudo dos materiais a ultra-alta pressão. Essas condições extremas levam a materiais qualitativamente novos. Por exemplo, em um dos artigos recentes, cientistas relataram a criação de nitretos que antes eram considerados impossíveis de obter.

Informações sobre a estrutura e propriedades mecânicas do óxido de silício são vitais para a compreensão dos processos que ocorrem no manto da Terra. Enquanto estudava a estrutura do material, que existe em temperaturas e pressões extremamente altas no interior da Terra, os cientistas descobriram que uma modificação especial do óxido de silício, coesita polimorfo, sofre uma série de transições de fase a uma pressão de 30 GPa e forma novas fases ("coesita-IV" e "coesita-V"), que mantém o SiO tetraédrico ₄ como os principais elementos estruturais da rede cristalina.

Nos novos experimentos, os cientistas foram além, comprimindo o óxido de silício em uma bigorna de diamante a uma pressão de mais de 30 GPa e observaram mudanças estruturais nesta fase usando difração de raios-X de cristal único. Os resultados são surpreendentes:essas mudanças estruturais são exceções às regras de Pauling.

Os cientistas descobriram duas novas modificações de coesita (coesita-IV e coesita-V) com estruturas (Figura 1) que são excepcionais e aparentemente "impossíveis" de acordo com a química cristalina clássica:Eles têm silício pentacoordenado, octaedros adjacentes SiO ₆ , e consistem em quatro -, silício de cinco e seis coordenadas ao mesmo tempo. Além disso, vários fragmentos da rede atômica se conectam por faces, não vértices, o que deveria ser impossível, de acordo com as regras de Pauling.