Исследователи из Сколтеха и Цзилиньского университета в Китае открыли новое химическое соединение — супегидрид стронция, содержащий 22 атома водорода SrH₂₂.

Исследователи из Сколтеха и Цзилиньского университета в Китае открыли новое химическое соединение — супегидрид стронция, содержащий 22 атома водорода SrH₂₂. Правда, чтобы синтезировать это вещество, нужно приложить немалые усилия, в прямом и переносном смысле. Химические и физические свойства простых веществ, вроде того же водорода или стронция, уже давно и хорошо изучены. Водород — типичный газ, стронций — типичный металл, по свойствам напоминающий кальций или барий. Стронций может прореагировать с водородом с образованием гидрида стронция SrH₂ — это «обычная» химия из школьных учебников и «обычных» химических лабораторий. Но всё меняется, когда обычные вещества попадают в необычные условия, например, такие, в которых давление в миллион раз больше атмосферного.

Так, водород, оказавшись при давлении больше 400 гигапаскалей (около 4 миллионов атмосфер), проявляет металлические свойства и начинает проводить электрический ток. У этого интересного свойства водорода есть и практическая сторона — по предположениям, металлический водород может обладать сверхпроводимостью, которая достигается уже при комнатных температурах (тогда как большинство известных сверхпроводников «работают» только при очень низких температурах). Однако с металлическим водородом есть как минимум одна большая проблема: его чрезвычайно сложно получить, потому что для этого нужно создать давление больше, чем в центре Земли. А ещё сложнее — изучить свойства вещества при таких экстремальных условиях. Тем не менее у учёных есть небольшая «лазейка» в мир интересных свойств водорода, которая требует хоть и высоких, но всё же не таких экстремальных давлений, — это супергидриды.

Оказалось, что гидриды — соединения элементов с водородом — при высоких давлениях «закрывают глаза» на правила из школьного учебника химии и начинают образовывать «неправильные» соединения, получившие название супергидриды. Так, в 2015 году было установлено, что гидрид серы — сероводород H₂S — при давлении 150 гигапаскалей можно превратить в соединение с «неправильной» формулой H₃S. А что ещё интереснее, этот тригидрид серы при температуре -70 °С становится сверхпроводником! Создать давление в 150 гигапаскалей намного проще, чем в 400, и с этого момента у химиков началась своего рода охота на супергидриды.

В лабораториях были получены соединения таких металлов, как лантан, иттрий, церий, в которых на один атом металла приходилось от 6 до 10 атомов водорода. Ещё более «водородистым» оказался супергидрид бария BaH12, в котором на один атом металла приходится целая дюжина водородов. Считается, что добавка небольшого количества металла придаёт водороду свойства металличности при меньших давлениях. Здесь важно то, что это именно химические соединения, в которых атомы элементов связаны друг с другом и занимают определённое пространственное положение относительно друг друга, а не смеси веществ, как если бы мы просто смешали порошок металла со сжиженным газом.

Соединение стронция с водородом, полученное и изученное китайскими и российскими химиками, стало и вовсе самым водородистым — словно в море молекулярного водорода «потерялись» отдельные атомы стронция. Тем не менее у этого вещества есть определённая структура: атомы стронция в нём расположены не хаотично, а занимают строго определённые позиции. А вот водород, наоборот, «размазан» в пространстве и в целом ведёт себя больше как жидкость. Высокая подвижность водорода делает этот супергидрид стронция неплохим кандидатом для применения в водородных аккумуляторах. Его можно использовать для синтеза других супергидридов, которые не образуются напрямую из металлов и водорода даже при высоком давлении. И, конечно, есть надежда, что супергидрид стронция с добавками других элементов может стать суперпроводником.

По информации пресс-службы Сколтеха.

№7, 2022