Химики из России открыли "невозможное" соединение золота
Ученые из России и Германии раскрыли секрет устойчивости калаверита, странного и редкого минерала золота, и нашли свидетельства того, что этот благородный металл может образовать крайне необычное соединение с теллуром. Их выводы и расчеты были представлены в журнале PNAS.
"У минерала калаверита удивительная судьба. Заметно повлиявший на "золотую лихорадку", он много десятилетий был головной болью и большим парадоксом для кристаллографов. Чем глубже его изучали, тем больше новых вопросов возникало. Нашему коллективу удалось связать все странности калаверита в рамках простой модели, а экспериментаторы теперь могут охотиться за предсказанным нами новым соединением" - рассказывает Артем Оганов, профессор Сколтеха и МФТИ.
Золото, в отличие от большинства других металлов, обладает высокой химической инертностью и практически не встречается в природе в форме крупных залежей различных соединений с другими элементами. Большая часть запасов золота, добытых человечеством до начала 20 века, была найдена в виде самородков и чистых залежей этого металла.
Единственное исключение из этого правила - минерал калаверит, соединение золота и теллура, AuTe2. Он давно интересует не только золотодобытчиков, но и химиков и физиков, так как калаверит обладает крайне необычной структурой, которую нельзя объяснить в рамках классического учения о строении кристаллов. Только относительно недавно ученые решили загадку его устройства, описав его в четырехмерном пространстве.
Это описание, как отмечают Оганов и его коллеги, породило новую проблему - золото в подобных кристаллах будет обладать "неправильной" степенью окисления - +2, что будет делать их нестабильными с точки зрения химии. Российские ученые и их немецкие коллеги выяснили, почему калаверит все же существует, используя систему USPEX, созданную Огановым несколько лет назад для предсказания свойств химических элементов и кристаллов.
Для этого ученым сначала пришлось подумать над тем, как можно просчитать свойства столь сложного соединения. Они нашли выход из этой ситуации, используя другой природный минерал золота - сильванит, его соединение с теллуром и серебром, в качестве своеобразного "шаблона" для просчета свойств отдельных частей калаверита.
Просчитав свойства сильванита и заменив атомы серебра на золото, Оганов и его команда выяснили, что калаверит состоит не из золота, окисленного до степени +2, а смеси атомов в двух разных степенях окисления - +1 и +3, распределенных по кристаллу особым образом.
"Разместить одновалентное и трехвалентное золото, даже если бы оно существовало, так, чтобы они одинаково повторялись в каждом направлении, на треугольной решетке калаверита просто невозможно. Поэтому природа вынуждена идти на компромисс - плавно изменять валентность золота в кристалле. Окружение теллура реагирует на это, что и приводит к необычным искажениям кристаллической решетки", - поясняет Сергей Стрельцов из Института физики металлов РАН в Екатеринбурге.
Эти же расчеты, как отмечают ученые, раскрыли несколько интересных и необычных свойств калаверита. В частности, выяснилось, что его можно превратить в сверхпроводник, сжав до сверхвысоких давлений или добавив в него атомы платины и некоторых других металлов. Подобное поведение, по словам химиков, не характерно для соединений золота.
Вдобавок, расчеты Оганова и его коллег показывают, что возможно существование еще одного "невозможного" соединения золота и теллура, AuTe. Как предполагает химик, оно тоже будет обладать необычной структурой и интересными свойствами, в том числе и сверхпроводимостью.
