A síntese de dois novos carbonetos fornece uma perspectiva sobre como estruturas complexas de carbono poderiam existir em outros planetas

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Estrutura cristalina de HP-CaC₂ em 44(1) GPa. um modelo de bola e bastão com a célula unitária delineada; átomos de cálcio são mostrados como esferas brancas e átomos de carbono como bolas vermelhas e azuis para duas posições cristalográficas distintas, C1 (local Wyckoff 4 g) e C2 (4 h), respectivamente. b A geometria de uma única nanofita de poliaceno desprotonada; as distâncias C – C e os ângulos CCC são rotulados. Seções transversais da função de localização de elétrons calculada (ELF) são mostradas nos planos perpendiculares (c) e paralelos (d) às nanofitas de poliaceno. Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47138-2

Pesquisadores da Universidade de Bayreuth obtiveram novos insights no campo da química do carbono de alta pressão:eles sintetizaram dois novos carbonetos – compostos de carbono e outro elemento químico – com estruturas únicas. Os resultados podem fornecer uma explicação inesperada para a ampla distribuição de hidrocarbonetos aromáticos policíclicos no universo. A pesquisa foi publicada na revista Nature Communications .

Carbonetos são compostos de carbono e outro elemento químico. Os carbonetos recém-sintetizados assemelham-se a compostos do tipo metal-orgânico e podem oferecer novos insights sobre o comportamento de estruturas complexas de carbono sob pressões e temperaturas extremamente altas.

A possível existência ou formação de tais compostos nas condições do interior dos planetas pode ter implicações importantes para as geociências e a astrobiologia, uma vez que podem ser a origem dos hidrocarbonetos e desempenhar um papel na origem da vida.

Leonid Dubrovinsky do Geoinstituto da Baviera e da Profa Natalia Dubrovinskaia do Laboratório de Cristalografia da Universidade de Bayreuth, a pesquisa sobre os novos compostos de carbono revela que eles possuem elementos estruturais semelhantes aos de compostos orgânicos complexos. moléculas, mas são desprotonadas (ou seja, não contêm hidrogênio).

Para conseguir isso, os pesquisadores usaram células de bigorna de diamante que comprimiram os minúsculos cristais de carboneto de cálcio a pressões na faixa de três dígitos gigapascal e simultaneamente os aqueceram a temperaturas de cerca de 3.000°C. Estas condições correspondem àquelas a uma profundidade de 2.900 km no interior da Terra. A mudança na pressão e na temperatura fez com que o carboneto de cálcio formasse dois novos carbonetos:polimorfo de alta pressão de CaC₂ e Ca₃ C₇ .

Estrutura cristalina do Ca₃ C₇ em 38(1) GPa. a Uma projeção da estrutura Ca3C7 ao longo do eixo a, enfatizando cadeias 2D de átomos de carbono alinhados ao longo do eixo b. Os átomos de cálcio são mostrados como esferas brancas e os átomos de carbono como bolas vermelhas e azuis para as duas posições cristalográficas distintas C1 (4c) e C2 (8d), respectivamente. Os átomos de carbono, denominados C3 (8d) e C4 (8d), são mostrados como bolas cinzas. b A geometria de uma única cadeia para-poli (indenoindeno) (p-PInIn) desprotonada com as distâncias CC e os ângulos CCC rotulados. c, d Seções transversais da função de localização de elétrons calculada (ELF) são mostradas nos dois planos diferentes contendo cadeias p-PInIn. Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47138-2

Embora o polimorfo de alta pressão de CaC₂ tem a mesma composição química do material de partida, difere dele no arranjo espacial dos átomos e nas suas propriedades químicas. O polimorfo possui cadeias de carbono que podem existir sob condições que excedem em muito aquelas conhecidas para a existência de compostos orgânicos convencionais.

A formação de tais compostos nas condições do interior dos planetas poderia até ter desempenhado um papel na origem da vida, pois poderiam ser a origem dos hidrocarbonetos.

O composto com a fórmula química Ca₃ C₇ nunca foi observado antes, de modo que sua síntese e elucidação de estrutura representam um passo significativo na compreensão do comportamento de materiais à base de carbono sob condições extremas.

Leonid Dubrovinsky, pesquisador principal do estudo, explicou:"Nossas descobertas não apenas expandem os limites da química do carbono conhecida, mas também fornecem uma nova perspectiva sobre como estruturas complexas de carbono poderiam existir nas profundezas da Terra e potencialmente em outros planetas. corpos."

"As semelhanças entre esses carbonetos de alta pressão e compostos metal-orgânicos desprotonados abrem possibilidades interessantes para o projeto de novos materiais com propriedades eletrônicas, magnéticas e ópticas únicas", acrescentou a Prof.

Mais informações: Saiana Khandarkhaeva et al, Estendendo a química do carbono em alta pressão por síntese de CaC₂ e Ca₃ C₇ com nanofitas desprotonadas semelhantes a poliaceno e para-poli(indenoindeno), Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47138-2
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pela Universidade de Bayreuth

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