Химики предсказали существование «неправильных» соединений лития и цезия

При нормальных условиях литий и цезий друг с другом не реагируют. Но, как оказалось, под давлением ситуация меняется, и эти элементы могут образовать несколько соединений. Некоторые из них предсказывались и прежде, однако в новом исследовании научная группа из Китая, России и США обнаружила дополнительные и более стабильные фазы, всего — четыре соединения с высоким содержанием лития и диковинными формулами вроде Li14Cs. Ученые опирались на фундаментальную теорию и более надежный, чем у предшественников, алгоритм — метод эволюционного предсказания кристаллических структур USPEX, разработанный ранее группой профессора Сколтеха Артема Оганова.

«Итак, при нормальных условиях мы не ждем никакой реакции, но если бы ждали, то литий должен был бы отнимать электроны у цезия, который является наименее электроотрицательным элементом в школьной таблице Менделеева. То есть с чем бы он ни реагировал, он, казалось бы, должен электроны только отдавать», — объясняет Оганов.

Электроотрицательность — ключевая характеристика атома, которая показывает, насколько ему свойственно отбирать электроны у других, менее электроотрицательных атомов. Оганову и его коллегам ранее удалось распространить это понятие на высокие давления, что в некотором смысле перестраивает таблицу Менделеева.

«Под давлением ситуация меняется, и цезий отбирает электроны у лития, а не наоборот, — продолжает ученый. — Как следствие такой необычной химии образуются четыре новых вещества. Причем два из них — Li14Cs и Li6Cs — имеют ранее неизвестные топологии кристаллической структуры. Для соединений всего двух элементов это большая редкость».

Согласно расчетам авторов исследования, открытые ими соединения лития и цезия являются сверхпроводниками, то есть при температуре ниже определенного порога, который для четырех веществ варьируется от −223 °C до −213 °C, они не имеют электрического сопротивления — такие материалы давно исследуются учеными в надежде однажды создать с их помощью линии электропередачи без тепловых потерь энергии, высокопроизводительные микрочипы и сверхмощные электромагниты для поездов на магнитном подвесе и реакторов термоядерного синтеза.

«Разумеется, с точки зрения критической температуры сверхпроводники из этого исследования заведомо уступают полигидридам — так называются соединения некоторых металлов и водорода с высоким содержанием последнего. Но наша работа дает более глубокое понимание химии лития, другие соединения которого — назовем их условно "литиидами", хотя пока неясно, существуют ли они, — могут быть интересны в плане сверхпроводимости», — подытожил Оганов.

Атом лития очень похож на атом водорода и мог бы гипотетически заменить его в подобных полигидридам соединениях. Как и у водорода, у лития один валентный электрон, и он тоже относится к самым легким элементам, а это благоприятно для сверхпроводимости: известно, что чем ниже масса атома, тем выше будет критическая температура соответствующего сверхпроводника, если он есть.

Как и многие другие аномалии химии высоких давлений, нетрадиционное соотношение электроотрицательностей в системе цезия и лития, когда первый отнимает электроны у последнего, предсказано опубликованной в прошлом году шкалой электроотрицательностей элементов под давлением Дуна — Оганова.