Descubren y sintetizan sales que desafían la estequiometría química convencional

La buena investigación científica abre nuevos caminos, pero rara vez lo hace derrumbando los fundamentos de una ciencia. Eso es lo que científicos han publicado en la revista Science.

El artículo titulado “Estequiometrías estables inesperadas de cloruros de sodio” documenta tanto las predicciones como experimentos para formar nuevos compuestos de cloruro de sodio (sal común) con estequiometrías diferentes.

Sin dudas si esto es corroborado por otros grupo de trabajo este podría ser el comienzo de una revolución en la química pues los autores encontraron, a bajas presiones alcanzables en el laboratorio, compuestos perfectamente estables que contradicen las reglas clásicas de la química. Es decir, si aplica una bien modesta presión de 200.000 atmósferas (como referencia la presión en el centro de la Tierra es de 3,6 millones de atmósferas) todo lo que sabemos de los libros de texto de química se desmorona.

Los libros de texto de química estándar dicen que el sodio y cloro tienen muy diferentes electronegatividades, y por lo tanto deben formar un compuesto iónico con una composición bien definida. Cargo de sodio es 1, la carga de cloro es -1; sodio regalará un electrón, cloro tomará el electrón. Como resultado la única combinación posible de estos átomos en un compuesto NaCl con estequiometría 1:1, la sal común.

Sin embargo a estas presiones encontraron compuestos locos que violaban las reglas del libro de texto (NaCl3, NaCl7, Na3Cl2, Na2Cl y Na3Cl). Estos compuestos son termodinámicamente estables y, una vez sintetizados, permanecen indefinidamente, y nada les hará desmoronarlo. La química clásica prohíbe su existencia misma, aquí esa regla no se cumple.

Esto abre todo tipo de posibilidades. Los autores postulan que, si se mezcla el NaCl con sodio metálico, se comprime en una celda de yunque de diamante y con calor, obtendrá compuestos ricos en sodio como Na3Cl. Él mismo modo la teoría dice que si se toma NaCl, se mezcla con el cloro puro, y se comprime con calor, obtendrá los compuestos de cloro-ricos tales como NaCl3. Esto es exactamente lo que se vio en los experimentos, que fueron realizadas. Al cambiar los fundamentos teóricos de la química significa que es posible hacer nuevos materiales con propiedades exóticas.

Entre los compuestos el equipo creo metales de dos dimensiones, donde se lleva a cabo la electricidad a lo largo de las capas de la estructura. Uno de estos materiales, Na3Cl, tiene una estructura fascinante ya que es un compuesto por capas de NaCl y capas de sodio puro. Las capas de NaCl actúan como aislantes, las capas de sodio puro conducen la electricidad. Estos sistemas con conductividad eléctrica de dos dimensiones han atraído mucho interés.

Sin dudas que las reglas de la química no son como los teoremas matemáticos, que no se pueden romper.

Este descubrimiento puede tener aplicación en las ciencias planetarias, donde los fenómenos de alta presión abundan. Esto puede explicar los resultados de otros experimentos, donde los investigadores comprimieron materiales y consiguieron resultados desconcertantes. Sus algoritmos de metodología y de predicción de estructuras computacionales ayudarán a los investigadores a predecir las combinaciones y estructuras que exhiben propiedades deseadas así como los niveles de estabilidad del material.

Referencias

W. Zhang, A. R. Oganov, A. F. Goncharov, Q. Zhu, S. E. Boulfelfel, A. O. Lyakhov, E. Stavrou, M. Somayazulu, V. B. Prakapenka, Z. Konopkova. Unexpected Stable Stoichiometries of Sodium Chlorides. Science, 2013; 342 (6165): 1502 DOI: 10.1126/science.1244989