Diễn đàn Thế Giới Hoá Học - View Single Post

**F91** · 06-05-2008

4. Các nghiên cứu nổi bật trong thời gian gần đây

Nhận thấy sự khả quan trong việc phát triển theo hướng siêu nguyên tử, các nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực như vật lý, hóa học, sinh học, khoa học vật liệu đã lao vào nghiên cứu và thu được rất nhiều thông tin có ích cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm. Công nghệ mô phỏng máy tính càng ngày càng phát triển và giờ đây có thể mô phỏng cả những hệ lớn tương đương với những hệ trong phòng thí nghiệm. Sử dụng mô phỏng máy tính có thể thu được thông tin về cấu trúc hình học và cấu hình electron của siêu nguyên tử, cho phép có thể thay thế một số thí nghiệm chỉ bằng đơn thuần những tính toán lý thuyết. Hì hì, đoạn này là nhằm quảng cáo cho sân nhà hóa lý thuyết tí xíu.
Cấu trúc hình học của các siêu nguyên tử rất đa dạng. Thông thường, hình đa diện đều 20 mặt (icosahedron) gồm 13, 55 hoặc 147 nguyên tử. Trong khi đó cấu trúc tứ diện thường chứa 4, 10 hoặc 20 nguyên tử.
Kích thước và cấu trúc hình học của siêu nguyên tử cũng ảnh hưởng đến độ bền của chúng. Thông thường, những siêu nguyên tử có một nguyên tử trung tâm ở giữa thường bền và có thể tồn tại được, ví dụ Al13 có thể được xem như là Al@Al12 (ký hiệu @ dùng để chỉ một lớp nguyên tử ở trong bị bao xung quanh bởi lớp nguyên tử ngoài), M@Au14 (M=Zr, Hf) và M@Au14- (M=Sc, Y). Những dạng hình học có tính đối xứng cao như hình 20 mặt đều bền. Đặc biệt đối với các nhóm nguyên tử có cấu tạo theo dạng lớp như [As@Ni12@As20]3- (khá bền do lớp As20 ngoài cùng bảo vệ. Nếu không có lớp ngoài, hai lớp trong ở điều kiện bình thường sẽ không bền và phân hủy.

Cấu trúc hình học [As@Ni12@As20]3-. Các liên kết giữa lớp Ni và lớp As ở ngoài không được vẽ.

Năm 1991, Leuchtner và Castleman đã công bố một báo cáo trong đó phát hiện rằng các nhóm nguyên tử Al như Al7+, Al13-, Al23- đều có tính bền đặc biệt. Họ đã lưu ý rằng các nhóm nguyên tử kiểu như vậy đều phù hợp với sự giải thích theo mô hình jellium (shell model). Al là nguyên tố có ba electron hóa trị, do vậy Al7+, Al13- và Al23- lần lượt là những hệ thống có 20, 40, 70 electron được điền vào các phân lớp. Khi một hệ có số electron như vậy, các phân lớp sẽ được điền đầy vừa khít, và tính chất của hệ sẽ “trơ”.

Cấu hình electron của Cl- và Al13-

Như vậy, cũng giống như ion Cl-, Al13- đã đạt được cấu hình tương tự với khí hiếm. Các tác giả đã kiểm tra bằng cách cho hệ các ion tạo thành phản ứng với dòng O2 chạy qua. Kết quả thí nghiệm cho thấy rõ đối với Al13- và Al23- vận tốc phản ứng không đáng kể so với các nhóm nguyên tử khác (hai peak rất sâu trên đồ thị ở dưới).

Hằng số vận tốc phản ứng của Al(n)- với O2

Hơn nữa, mới đây vào năm 2005 một số nhà khoa học khác đã công bố đo được ái lực electron của nhóm Al13 là 3.57 eV (xấp xỉ với Cl là 3.61 eV). Tất cả những điều trên đây cho phép đặt giả thiết về cơ bản nhóm Al13 thể hiện tính chất giống như là một nguyên tử Cl. Giả thiết này càng được củng cố khi liên kết của nhóm KAl13 có tính chất ion. Điều thú vị là K và Al là 2 nguyên tố không tương thích với nhau (immiscible), trong giản đồ pha của 2 nguyên tố này hàm lượng K lớn nhất cũng chỉ là 0,5%.

(to be continued ...)

06-05-2008	Mã bài: 24736 #8
F91 Moderator Tham gia ngày: Dec 2005 Location: Nha Trang Posts: 53 Thanks: 7 Thanked 82 Times in 35 Posts Groans: 0 Groaned at 0 Times in 0 Posts Rep Power: 36	4. Các nghiên cứu nổi bật trong thời gian gần đây Nhận thấy sự khả quan trong việc phát triển theo hướng siêu nguyên tử, các nhà khoa học trong nhiều lĩnh vực như vật lý, hóa học, sinh học, khoa học vật liệu đã lao vào nghiên cứu và thu được rất nhiều thông tin có ích cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm. Công nghệ mô phỏng máy tính càng ngày càng phát triển và giờ đây có thể mô phỏng cả những hệ lớn tương đương với những hệ trong phòng thí nghiệm. Sử dụng mô phỏng máy tính có thể thu được thông tin về cấu trúc hình học và cấu hình electron của siêu nguyên tử, cho phép có thể thay thế một số thí nghiệm chỉ bằng đơn thuần những tính toán lý thuyết. Hì hì, đoạn này là nhằm quảng cáo cho sân nhà hóa lý thuyết tí xíu. Cấu trúc hình học của các siêu nguyên tử rất đa dạng. Thông thường, hình đa diện đều 20 mặt (icosahedron) gồm 13, 55 hoặc 147 nguyên tử. Trong khi đó cấu trúc tứ diện thường chứa 4, 10 hoặc 20 nguyên tử. Kích thước và cấu trúc hình học của siêu nguyên tử cũng ảnh hưởng đến độ bền của chúng. Thông thường, những siêu nguyên tử có một nguyên tử trung tâm ở giữa thường bền và có thể tồn tại được, ví dụ Al13 có thể được xem như là Al@Al12 (ký hiệu @ dùng để chỉ một lớp nguyên tử ở trong bị bao xung quanh bởi lớp nguyên tử ngoài), M@Au14 (M=Zr, Hf) và M@Au14- (M=Sc, Y). Những dạng hình học có tính đối xứng cao như hình 20 mặt đều bền. Đặc biệt đối với các nhóm nguyên tử có cấu tạo theo dạng lớp như [As@Ni12@As20]3- (khá bền do lớp As20 ngoài cùng bảo vệ. Nếu không có lớp ngoài, hai lớp trong ở điều kiện bình thường sẽ không bền và phân hủy. Cấu trúc hình học [As@Ni12@As20]3-. Các liên kết giữa lớp Ni và lớp As ở ngoài không được vẽ. Năm 1991, Leuchtner và Castleman đã công bố một báo cáo trong đó phát hiện rằng các nhóm nguyên tử Al như Al7+, Al13-, Al23- đều có tính bền đặc biệt. Họ đã lưu ý rằng các nhóm nguyên tử kiểu như vậy đều phù hợp với sự giải thích theo mô hình jellium (shell model). Al là nguyên tố có ba electron hóa trị, do vậy Al7+, Al13- và Al23- lần lượt là những hệ thống có 20, 40, 70 electron được điền vào các phân lớp. Khi một hệ có số electron như vậy, các phân lớp sẽ được điền đầy vừa khít, và tính chất của hệ sẽ “trơ”. Cấu hình electron của Cl- và Al13- Như vậy, cũng giống như ion Cl-, Al13- đã đạt được cấu hình tương tự với khí hiếm. Các tác giả đã kiểm tra bằng cách cho hệ các ion tạo thành phản ứng với dòng O2 chạy qua. Kết quả thí nghiệm cho thấy rõ đối với Al13- và Al23- vận tốc phản ứng không đáng kể so với các nhóm nguyên tử khác (hai peak rất sâu trên đồ thị ở dưới). Hằng số vận tốc phản ứng của Al(n)- với O2 Hơn nữa, mới đây vào năm 2005 một số nhà khoa học khác đã công bố đo được ái lực electron của nhóm Al13 là 3.57 eV (xấp xỉ với Cl là 3.61 eV). Tất cả những điều trên đây cho phép đặt giả thiết về cơ bản nhóm Al13 thể hiện tính chất giống như là một nguyên tử Cl. Giả thiết này càng được củng cố khi liên kết của nhóm KAl13 có tính chất ion. Điều thú vị là K và Al là 2 nguyên tố không tương thích với nhau (immiscible), trong giản đồ pha của 2 nguyên tố này hàm lượng K lớn nhất cũng chỉ là 0,5%. (to be continued ...) thay đổi nội dung bởi: F91, ngày 06-06-2008 lúc 04:33 PM.