Пришли к успеху

Как гелий благородства лишился: получено кристаллическое соединение гелия

indicator.ru

С помощью алгоритма USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography) группа ученых во главе с Артемом Огановым (Сколтех, МФТИ, университет в Стони–Бруке) предсказали существование при высоких давлениях стабильного соедениния гелия. Гелий — один из инертных газов, в соединения вступающих крайне неохотно (в этих соединениях атомы гелия были «заперты» внутри прочного каркаса из других атомов, причем между атомами–«заключенными» и атомами «клетки» нет химических связей), однако поскольку другие инертные газы — криптон и аргон — образуют соединения с магнием при высоких давлениях, ученые решили и с гелием попробовать.

Теоретически все вроде получилось, перешли к практике. На остриях тонких алмазных наковален (они нужны для того, чтобы прилагаемое давление было наибольшим) группа профессора Гончарова из Вашингтонского университета разместила натриевые пластинки. При давлениях от 1,1 до 10 миллионов атмосфер ученым удалось получить стабильное соединение Na2He. «Открытое нами соединение весьма необычно: хотя атомы гелия напрямую не участвуют в химической связи, их присутствие фундаментально меняет химические взаимодействия между атомами натрия, способствуя сильной локализации валентных электронов, что делает полученный материал изолятором», — говорит аспирант Оганова Дун Сяо.

Интересно, что соединение было получено во многом благодаря Дун Сяо: сам Оганов признается: «Он (Дун Сяо) увлекся развиваемой нами идеей о том, что под давлением химия выходит за рамки привычного и образуются соединения, которых в рамках классической химии быть не должно. Одно из традиционных утверждений состоит в том, что гелий не образует устойчивых химических соединений, и Дун Сяо решил это проверить. Я ему посоветовал начать с самых электроотрицательных элементов — фтора и кислорода. Фтор образует устойчивые соединения с другим инертным газом, ксеноном, уже при обычных давлениях. Но оторвать электроны у гелия оказалось гораздо сложнее, чем у ксенона, и устойчивых соединений гелия с фтором не оказалось даже при очень высоких давлениях. На этом можно было поставить точку, и я сказал Сяо, что гелий, видимо, действительно не образует устойчивых соединений ни с какими элементами, и можно переключиться на другие исследования. Как выяснилось позже, Сяо меня не послушал».

Спустя несколько месяцев перебора аспирант дошел до натрия, который и привел его к успеху. Всем бы таких аспирантов.
237
237
Подписаться на Dirty
Там есть неплохой комментарий:

Alla Arakcheeva:
Меня удивило название статьи А. Оганова — “Как гелий благородства лишился”.
Гелий своего благородства лишился довольно давно и без давлений. Подробное описание этой истории можно найти, например, в
Helium chemistry: a survey of the role of the ionic species. (Химия гелия. Обзор разновидностей ионов)
Felice Grandinetti
International Journal of Mass Spectrometry 237 243 (2004).
Эта публикация содержит 480 (четыреста восемьдесят) ссылок, датированных в интервале 1925 — 2003.

Статья А.Оганова написана в пафосном (пиарном) стиле. Теоретические результаты, изложенные автором в Nature Chemistry, интересны, но они нуждаются в более основательных доказательствах, чем приведенные, которые можно оценить как довольно слабые и не однозначные, т.е. допускают более одной интерпретации. Альтернативы, к сожалению не рассматриваются.
Пиар можно оценить на Отлично.
Omegium: Так это не название статьи Оганова. В обзоре по вашей (?) ссылке только ионные соединения, т.е. существуют, наверное, только где–то в пучке доли секунды. Кроме того, кластеры. Естественно, с такой позиции можно назвать и твердый гелий соединением гелия.

Естественно, статья в Нейче не может быть без громких красивых заявлений. Но в этом случае, как мне кажется, совершенно оправдано. Оганов с компанией разработал уникальные алгоритмы, предсказывающие еще не открытые фазы материи (это не первое предсказание соединение) исходя из свойств составляющих элементов. Это действительно звучит круто безо всяких преукрашательств.
coceg: Вот, собственно, и результат пиара: люди теперь думают, что Оганов придумал использовать генетические алгоритмы (ГА) для предсказания кристаллической структуры. Но это, мягко говоря, не так. ГА уже давно для этих целей использовались. Это примерно как сказать, что Стив Джобс изобрёл компьютер. На самом деле, Оганов и Ко просто написали user–friendly программу, где грамотно реализовали наиболее эффективные из уже существующих алгоритмов. Но, естественно, потом всем рассказывали про "впервые в мире", "уникальные", "не имеющие аналогов в Галактике".

Основная заслуга Оганова в том, что он потратил много усилий, чтобы этим подходом предсказать неизвестные на тот момент структуры некоторых соединений под высоким давлением, и ему это удалось: часть структур была подтверждена экспериментально. Люди поверили, что методы на основе ГА достаточно надёжны.
Riddler: Я вообще темой не владею. Есть какие–то ссылки на работы, о которых вы говорите?
coceg: Статья Оганова и Гласса (2006 год): http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2210932

А теперь, навскидку:

Scott M. Woodley, Peter D. Battle, Julian D. Gale and C Richard A. Catlow
The prediction of inorganic crystal structures using a genetic algorithm and energy minimisation, Phys. Chem. Chem. Phys., 1999, 1, 2535–2542

T. S. Bush, C. R. A. Catlow and P. D. Battle
Evolutionary programming techniques for predicting inorganic crystal structures
J. Mater. Chem., 1995, 5, 1269–1272

Jan T. Pedersen, John Moult
Ab initio structure prediction for small polypeptides and protein fragments using genetic algorithms
Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 23, 1995, 454–460

Victor E. Bazterra, Marta B. Ferraro, and Julio C. Facelli
Modified genetic algorithm to model crystal structures. I. Benzene, naphthalene and anthracene
The Journal of Chemical Physics 116, 5984, 2002

и т.д. Короче, этим уже вовсю занимались. Проблема, только, была в том, что компы были слабые, и гонять расчёты десятка структур–кандидатов было тяжко, поэтому тема предсказания структур была довольно специфичной. Компы подтянулись, и самые шустрые пришли к USPEXу (пардон за повторное использование каламбура).
Riddler: Спасибо, почитаю.
>Открытое нами соединение весьма необычно: хотя атомы гелия напрямую не участвуют в химической связи
Это как? И да и нет?
mental_retardation: не обмениваются электронами, но участвуют во взаимодействии Ван–дер–Ваальса.
thorr: Типа геккончики образуют соединения со стеклами? (:
mental_retardation: …и образуют стеклогеккон
А разве это соединения???

Это должна быть смесь, т.к. у "химических соединений" присутствует химическая связь — именно она определяет химические свойства соединения.
Marqony: Смесь хаотична, а химическое соединение обладает строгой структурой. То, что оно существует только при высоком давлении – не принципиально, т.к. есть множество веществ, которые требуют особых условий, а при обычных «комнатных» распадаются или вступают в реакции.
kabanista: сплавы отнюдь не всегда хаотичны — кристаллические структуры обязывают.
Marqony: Если сплав обладает более–менее однородной кристаллической структурой, то это уже химическое соединение.
image
Но в подавляющем побльшинстве случаев сплавы это механическая смесь кристаллов металлов со вспомогательными веществами. Примерно так же как цементная смесь состоит из твердых песчинок, связанных клеевым составом.
kabanista: а про сплавы... эх, если бы все было так просто..
Настоящая серьезная наука, между прочим.
image
kabanista: поищи работы японца по фамилии Уеда по weak beam TEM.
Может с тех пор еще что–то было, не знаю
kabanista: нет, конечно, сплав с образование кристалла из разнородный атомов это совсем не химическое соединение. Например, медь и алюминий не реагируют друг с другом и не образуют новое химическое вещество в сплаве, а кристаллическая решетка включает атомы меди и алюминия.

Кристал это не соединение, в отличие от молекулы.
Marqony: ну есть еще много чего посередине. Клатраты, эксимеры...
Kalvado: насчет "много чего", это вы преувеличиваете, но в данном случае и есть клатрат, судя по описанию. А эксимеры неустойчивы. Но клатрат — это не химическое соединение, а комплекс, если я правильно помню.
Попробовали бы они так с неоном…
Текст хуже чем у mku! Ужас!
lirikone: Само по себе достижение, да
Сколтех, МФТИ, университет в Стони–Бруке
что называется покатился по наклонной...
Спрошу ненаучно: а нахера нам всрался этот гелиевый изолятор или чо там блять у них получилось? Лучше б че путнее изобрели стиралку или мультиварку неебическую, а то вон чо изолятор блять, изоленты им мало недоумкам!
Ramazoid: Ключ статьи — алгоритм USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography). Это алгоритм предсказания структур материи. Я не настоящий сварщик, но это какбэ прорыв: задаешь нужные характеристики материала, и получаешь хим.формулу. Удобнее, чем случайно открывать какой–нить тефлон, или нейлон.
С Артемом я знаком, нет сомнений, что нобелевку он добудет. На сегодня у него много открытий. Есть несколько публикаций в Nature (для тех, кто в курсе) и даже упоминание в South Park (что, понятно — значительно круче :))
а если нужно новые характеристики найти, которые еще не задавались?
Ramazoid: Ну может в кораблях будущего, типа USS Enterprise, будут использоваться для создания оборудования поднятния щитов.
Legon2k: Ну, то есть, лет через пятьдесят сидит такой Джон Илонович Маск над чертежами и говорить, дрянь какая! При достижении пловины скорости света вот этот иридиевый концевик заземления нашего космосортира пробивает на массу и у всего корабля сбиваются настройки искусственной гравитации. Нам нужно захерачить туда надежный изолятор, например гелиевый, а, коллеги, что думаете?и все в ответ да, да, гелиевый давайте захерачим!
Ramazoid: и создастся ощущение, что Джон Илонович — гений, хотя сам изолятор придумали другие и делать наконечник будут другие, которые давно говорили, что надо бы сортир гелием заизолировать, но инвесторы и манагеры кораблестроения их нахер посылали.
Marqony: что, не любите вы илона петровича нашего космического?
Ramazoid: Наоборот! Очень даже уважаю, как человека изменившего направление развития. Как и Джобс, тот же. Только технические решения — не его заслуга.
Ramazoid: Это куда это они там космосортир заземлять собрались? На вакуум?
Ramazoid: знаете, правильный ответ — а ху его знает..
В мои школьные годы про соединения (фторид там был) аргона говорили как о большой экзотике.. а сегодня попробуйте процессор без него сделать....
Kalvado: Самое интересное, когда какие–то чисто умозрительные, воображаемые математические объекты, находят применение в описании реальных. Вот это самый эпик...
mental_retardation: меня кстати всегда интересует, не будь этой математики, то что бы было?
Kalvado: А хуй его знает. И непонятно откуда она взялась. Как так вышло, что можно описать то, чего ещё никто не видел. И это не тупая экстраполяция, а фундаментально новые явления. Или сам факт того, что люди, которые это придумывали, даже не знали как это можно применить. А потом, бац, кого–то осенило, что можно воображаемой херней описать реальное явление... Вот как, вообще?
mental_retardation: нащупали грани какого–то базового кристалла времени?
Ramazoid: «Зачем вы идете на Эверест?» спросили у Джорджа Мэллори. «Потому что он есть!»
Ramazoid: ты баран не врубаешься что суть не в изоляторе а в их успехе, который дал реальный и яркий результат. следствие сам выведешь или надо как птенцу выблевать тебе в клювик?
Месяц. Изучите правила написания постов и комментариев на подсайте. Здесь вам не тут.
cocolacrep: Да выблюй если умеешь,можно своими словами, без баранов))