p Uma equipe liderada pelo professor Artem Oganov do MIPT usou simulação de computador para prever a existência de cinco compostos completamente novos de carbono e cálcio com propriedades físicas e químicas variadas, obtenção de dois deles por experimento. O jornal Nature Communications publicou um artigo apresentando os resultados do estudo. p O carboneto de cálcio (CaC2) não é um composto químico raro:você pode ter se deparado com essas pequenas rochas brancas a partir das quais o acetileno para soldagem a gás e fertilizante é produzido. Existe também uma forma mais exótica de um composto de cálcio e carbono, hexacarbido de cálcio (CaC6), que se torna um supercondutor em temperaturas relativamente altas de 11,5 Kelvin.

p O grupo Oganov descobriu que a variedade de compostos de carbono e cálcio não se limita a essas duas substâncias. Usando simulação de computador, eles descobriram que pelo menos cinco outros carbonetos podem existir sob certas condições.

p Os cientistas se especializam na busca de compostos que parecem impossíveis, como sua existência vai contra as leis químicas conhecidas. Usando o algoritmo de simulação de compostos químicos USPEX desenvolvido pelo Professor Oganov, eles previram a existência de sais "não padronizados" de sódio e cloro, NaCl3, NaCl7, Na3Cl2, Na2Cl e Na3Cl, que quebrou as leis da química, e então obteve esses compostos durante os experimentos. Eles também descobriram vários óxidos de alumínio "não padronizados", óxidos de magnésio e outras substâncias.

p Os compostos de cálcio e carbono atraíram a atenção do grupo porque as propriedades estruturais e eletrônicas de ambos os elementos variam muito em diferentes pressões. Em particular, a uma pressão de 216 GPa, o cálcio mostra a temperatura de transição supercondutora mais alta (29 K) entre os elementos puros.

p Usando o simulador USPEX, os cientistas analisaram as propriedades de todos os carbonetos possíveis que podem ser sintetizados em pressões que variam de normal a 100GPa e detectaram cinco substâncias possíveis:Ca5C2, Ca2C, Ca3C2, CaC e Ca2C3.

p Seus cálculos mostraram que Ca2C3 permanece estável a pressões abaixo de 28 GPa, Ca5C2 em pressões acima de 58 GPa, Ca2C - acima de 14 GPa, Ca3C2 - acima de 50GPa, CaC - acima de 26GPa, e CaC2 - acima de 21 GPa. As redes cristalinas desses compostos contêm estruturas carbônicas, com formas que variam de halteres a cintos e camadas compostas por hexágonos.

p Ca2C provou ser o composto mais peculiar. Como o grafeno, tem a estrutura e as propriedades de um metal bidimensional. O grafeno é um material carbônico, cuja síntese rendeu a Andre Geim e Konstantin Novoselov o Prêmio Nobel de 2010. Mas ao contrário do grafeno, em Ca2C, a corrente elétrica percorre as camadas de átomos de cálcio, não átomos de carbono, e há aglomerados de elétrons livres nas camadas de cálcio.

p Para confirmar suas previsões teóricas, O grupo de Oganov realizou um experimento para sintetizar os compostos. Eles colocaram uma mistura de cálcio e carbono em uma chamada célula de bigorna de diamante, uma câmara na qual uma amostra de material é comprimida entre dois diamantes. As pressões podem atingir centenas de GPa em tal câmara.

p Os cientistas registraram a síntese de Ca2C3 em pressões superiores a 10 GPa e temperaturas próximas a 2.000 K, enquanto Ca2C foi observado quando as pressões excederam 22 GPa. Usando radiação síncrotron, o grupo foi capaz de confirmar a existência de estruturas que eles previam teoricamente.

p “É possível encontrar aplicações práticas para essas substâncias incomuns, se forem sintetizados em quantidades suficientes, "Oganov disse.

p Carbonetos bidimensionais com aglomerados de elétrons livres são redutores exclusivos e podem ser usados ​​na indústria química. Carbonetos com três ou mais átomos de carbono podem ser utilizados para sintetizar hidrocarbonetos incomuns, Oganov acrescentou.