Questão:
O potássio exótico existe?
Mockingbird
2017-02-25 14:05:42 UTC
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Eu estava lendo um livro chamado 'Hundred and Seven Stories of Chemistry'.

Há um capítulo sobre como os atributos de diferentes elementos podem mudar na presença de pressão e temperatura enormes. O livro diz que na presença de enorme pressão e temperatura, o 19º elétron do potássio pode entrar no orbital 3d. Então, não seria mais um metal.

Isso é possível? Se sim, existe algum cálculo teórico possível para a pressão e temperatura necessárias para este comportamento exótico?

Relacionado: [hidrogênio metálico] (https://en.wikipedia.org/wiki/Metallic_hydrogen) e [oxigênio sólido] (https://en.wikipedia.org/wiki/Solid_oxygen).
"Não é mais um metal"? Ainda é um metal, eu imagino, mas difere em alguns aspectos de um metal _alcalino_.
@KlausWarzecha O hidrogênio metálico me excita! O núcleo do planeta Júpiter contém isso, provavelmente devido à alta pressão e temperatura.
relacionado https://chemistry.stackexchange.com/questions/27920/why-is-nacl3-possible?https://chemistry.stackexchange.com/questions/19913/since-the-formation-of-diamond-from-graphite-is-endothermic-and-the-entropy-decr https://chemistry.stackexchange.com/questions/ 115429 / what-would-superionic-water-ice-like
Dois respostas:
Jon Custer
2017-03-22 00:36:15 UTC
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Primeiro, um ponto que é mais como um comentário: não tenho certeza de que só porque os elétrons são colocados nos orbitais d (e pensar em estruturas de banda de cristal em termos de orbitais atômicos é de valor questionável, de qualquer maneira), isso não seria um metal. Muitos elementos (pode-se dizer que a maioria dos elementos) com elétrons-d são muito felizes como metais.

Você pode querer começar com L.F. Lundegaard et al., Phys Rev B80 020101 (R) (2009), onde eles fazem cálculos DFT sobre o potássio em diferentes pressões. Citarei a seção de conclusões:

A observação da estrutura oP8 em K revela que ela tem um comportamento estrutural induzido por pressão como o do Na, além de ter um comportamento como Rb e Cs conforme indicado pela observação das fases tI4 e oC16. A semelhança com Na é inesperada em relação aos cálculos de estrutura eletrônica recentes de Ma et al. $ ^ {19} $ Como observado, eles descobriram que K, Rb e Cs têm a mesma sequência estrutural de alta pressão e atribuíram isso a esses álcalis mais pesados ​​sendo dominados por elétrons d decorrentes da transferência de sd, enquanto o comportamento de pressão ultra-alta do Na surge, eles sugerem, da hibridização de pd. Assim, nossos resultados questionam esta imagem de uma dependência simples da estabilidade estrutural na dominância do elétron d ou hibridização p-d.

Tyberius
2017-03-22 01:22:50 UTC
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Outro artigo interessante (arXiv: 1310.4718 [cond-mat.mtrl-sci]) sobre este tópico. Acho que você deveria conseguir acessar este, mas encontrei três passagens dignas de nota no artigo.

Peculiaridades no comportamento estrutural de K sob pressão são baseadas em características específicas de sua configuração eletrônica: K abre na tabela periódica o primeiro longo período com metais de transição 3d. A banda vazia do elétron 3d em K está logo acima do nível 4s do elétron de valência e sob pressão ocorre a transição s - d [16]. Em álcalis pesados ​​Rb e Cs que têm níveis d em seus núcleos, as transições de elétrons começam em pressões mais baixas do que em K. No elemento Na mais leve o nível 3d está bem acima do nível de elétron de valência 3s, portanto, fcc em Na é estável até um pressão de ~ 100 GPa.

Parece que isso quer dizer que a mudança estrutural para longe do FCC marca onde ocorre a transição de elétrons. No artigo, eles dizem que a estrutura FCC deixa de ser a mais estável para $ \ ce {K} $ depois de $ \ pu {20 GPa} $ (giga ou bilhão pascal) em $ \ pu {300K} $.

Sugerimos que no potássio em densidades superiores a V / Vo ≈ 0,3 não há apenas transferência de elétrons s - d, mas também elétrons do núcleo começam a participar da banda de valência e K se torna um metal polivalente com o número de elétrons de valência contando até 2 em oP8 e até 4 em oC16.

Isso significa que para algumas das pressões ainda mais altas, mesmo alguns dos elétrons do núcleo estão se movendo para a banda de valência.

Esta passagem da introdução do artigo acima parece apoiar a sua visão de que, para alguns casos, a compressão pode tornar um metal menos metálico.

Na, um dos melhores metais em termos de condutividade e refletividade, torna-se isolante e transparente por volta de 2 Mbar [4]. O lítio torna-se supercondutor [5] abaixo de 20K a pressões em torno de 0,5 Mbar e em pressões mais altas mostra uma série de estruturas complexas mesmo com comportamento semicondutor [6,7].

Não seria de esperar metal para exibir comportamento isolante.

De fato, um artigo interessante. Agora, com V / V0 de 30%, não é tão surpreendente que mais elétrons entrem para jogar - seria mais surpreendente se não! Além disso, em ambos os documentos que referimos, não vejo nenhuma menção de que as fases de alta pressão não sejam metais.
Eu concordaria que não há nada sobre eles não serem metais. Na verdade, a tendência para a maioria dos materiais parece ser que eles se tornem * mais * metálicos sob maior pressão.
Uh ... metais alcalinos em condições normais são fcc? Não é Cco?
@Oscar Lanzi Eu deixei de fora que todos eles começam bcc e são assim até cerca de 5-10 GPa, dependendo do elemento. Os autores observam que a transição para fora da Anatel é quando eles começam a ver esse estranho personagem eletrônico.
Por que álcalis pesados ​​Rb e Cs que têm níveis d em suas transições de elétrons de núcleos começam em pressões mais baixas do que em K? Achei a mudança na refletibilidade muito interessante. Por que a transição s-d causaria isso?


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