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Sabe-se que algumas substâncias existem em vários estados sólidos estruturalmente desordenados, um fenômeno conhecido como poliamorfismo.
O primeiro e talvez o mais célebre exemplo de comportamento poliamórfico foi descoberto na água gelada em 1984 por Mishima et al. Duas formas diferentes de gelo de água amorfo foram identificadas, conhecido como gelo amorfo de baixa densidade e gelo amorfo de alta densidade. Mais tarde, fenômenos semelhantes também foram observados em outros sistemas importantes, como o Si, SiO 2 , e GeO 2 .
Na física da matéria condensada, poliamorfismo é um fenômeno muito interessante, mas pouco compreendido.
Recentemente, uma equipe de cientistas chineses e seus colaboradores no Instituto de Física do Estado Sólido dos Institutos de Ciências Físicas de Hefei examinou o poliamorfismo na substância molecular SO 2 .
Ao explorar a transição de fase em SO denso 2 , eles encontraram amorfização induzida por pressão em SO denso 2 e uma transformação estrutural induzida por pressão reversível entre as formas amorfa molecular e amorfa polimérica de SO 2 . Este trabalho foi publicado em PNAS em 4 de abril, 2020.
TÃO 2 desempenha um papel significativo na pesquisa química e na física da Terra e da atmosfera. Embora propriedades de sistemas moleculares sólidos semelhantes, como CO 2 ou N 2 em altas pressões foram amplamente estudados, mais pesquisas sobre SO denso 2 , especialmente seu comportamento e propriedades, ainda precisa ser feito.
Neste estudo, os cientistas examinaram mais de perto essa molécula simples por meio de um esforço experimental e computacional combinado que tentou descrever alguns fenômenos novos e inesperados.
Usando técnicas experimentais de espectroscopia Raman e difração de raios-X em altas pressões, eles compactaram ASSIM 2 até 60 GPa com uma célula de bigorna de diamante e explorou as transições de fase e estruturas de SO 2 até 60 GPa e em temperaturas variando de 77-300 K.
A 77 K e abaixo de 16 GPa, o dióxido de enxofre era cristalino. Quando compactado para 16 GPa, o dióxido de enxofre na fase cristalina passou por amorfização induzida por pressão e entrou na fase amorfa do estado molecular. Quando ainda mais comprimido para acima de 26 GPa, ocorreu uma transição de fase da fase amorfa molecular (enxofre de duas coordenadas) para a fase amorfa da cadeia polimérica (enxofre de três coordenadas).
Os pesquisadores estudaram vários caminhos de temperatura diferentes e descobriram que o caminho de transição de fase no SO denso 2 passaram da fase cristalina para a fase amorfa molecular e depois para a fase amorfa polimérica ao longo de toda a faixa de temperatura de 77-300 K. Eles também descobriram que o caminho de transição de fase era reversível.
Além disso, a pressão de amorfização mudou com a temperatura, variando de 10-16 GPa em toda a faixa de temperatura de 77-300 K.
Para testar suas observações, a equipe usou simulações de dinâmica molecular e o mesmo fenômeno também foi observado. Em particular, a forma amorfa polimérica de alta pressão consistia principalmente em cadeias poliméricas desordenadas feitas de átomos de enxofre de três coordenadas conectadas por meio de átomos de oxigênio, e poucas moléculas residuais intactas.
A transição amorfa molecular para amorfa polimérica identificada nesta pesquisa também pode sugerir a possível existência de uma transição semelhante no estado líquido.
