Čudna modifikacija kiseonika pri visokim pritiscima

[Ometač]

Kiseonik, treći najrasprostranjeniji element u kosmosu ključan za život na zemlji, čudesno
se menja pri povećanju pritiska, prelazeći u čvrstu supstancu zadivljujućih boja. Najzad,
dobija osobine metala i postaje superprovodljiv. Tok ove začuđujuće promene fascinjira
naučnike decenijama, naročito nastajanje nedavno otkrivenog molekulskog klastera, (O2)4
u čvrstoj fazi, crvenom kiseoniku. Naučnici su otkrili da visok pritisak primorava molekule
da se međusobno povezuju preko antivezivnih molekulskih orbitala.

Istraživači su zaključili da povećanjem pritiska jačaju i interakcije između spoljnih
polupopunjenih orbitala (antivezivnih), što dovodi do promena na orbitalama i do
konačnog vezivanja četiri molekula kiseonika u molekulski klaster pri pritisku od oko 10GPa
(10 000 atmosfera).

[Ometač]

"Interakcija molekula kiseonika je dokaz da su antivezivne molekulske orbitale kiseonika
polupopunjene sa po jednim elektronom. Povećanjem pritiska, elektroni u orbitalama se
pomeraju pokušavajući da se vežu sa elektronima iz polupopunjenih orbitala susednog
molekula."

Obično se struktura molekula kiseonika predstavlja sa dvostrukom vezom između dva atoma
(v. sliku). Na taj način oba atoma kiseonika imaju popujene valentne ljuske. Istraživanja su,
međutim, pokazala da je pravilnije strukturu molekula predstaviti jednostrukom vezom
između dva atoma kiseonika. Na taj način svaki atom kiseonika u ima jednu antivezivnu
molekulsku orbitalu koju popunjavaju elektroni paralelnog spina. Ovaj model može objasniti
visoku reaktivnost molekulskog kiseonika.

[Ometač]

Da bi pručavali čvrste modifikacije kiseonika, naučnici su razvili metodu rasejanja neelastičnih
X-zraka. Istraživači su iskombinovali eksperimentalne rezultate sa teoretskim predviđanjima i
zaključili da se jačanje interakcije između susednih (O2)4 klastera crvenog kiseonika, što im
je omogućilo da predvide mehanizam vezivanja molekulskih klastera na još višim pritiscima.

"Ponašanje kiseonika na visokim pritiscima pokazuje nam jedan od najjačih efekata
povećanja pritiska na materiju, koji je u stanju da transformiše bezbojan vazduh koji
udišemo u obojenu gustu čvrstu supstancu. Drastična promena u osobinama ovog je dokaz
da se pri višim pritiscima dešavaju promene u vezivanju atoma."

[Ometač]

"Ovo je prva demonstracija mogućnosti novih tehnologija u proučavanju komplikovanih
atomskih i molekulskih interakcija koje vode do formiranja potpuno novih kristalnih
struktura. Nove strukture mogu imati potpuno nove električne, magnetne i druge fizičke
osobine, što nas može dovesti do stvaranja novih materijala i tehnologija."

Formiranje molekulskih klastera pomoću antivezivnih orbitala dobro je poznato u organskoj
hemiji, a delokalizacija elektrona u orbitalama klastera daje nekoliko mogućnosti za praktičnu
primenu. "Uzbudljivo je znati da kiseonik stvara molekulske klastere pri visokim pritiscima
sličnim mehanizom (odnosi se na slične pojave u organskoj hemiji) jer to otvara mogućnost
za sintezu novih materijala na visokim pritiscima koji bi imali praktičnu primenu."

[Ometač]