Bomby kasetowe w prawie międzynarodowym. Amunicja kasetowa: czym jest i na czym polega problem? Amunicja kasetowa we współczesnym świecie
Naukowcom udało się pozyskać i zarejestrować cząsteczkę litu i helu LiHe. Jest to jedna z najbardziej delikatnych znanych cząsteczek. A jego rozmiar jest ponad dziesięciokrotnie większy niż rozmiar cząsteczek wody.
Jak wiadomo, obojętne atomy i cząsteczki mogą tworzyć ze sobą mniej lub bardziej trwałe wiązania na trzy sposoby. Po pierwsze, poprzez wiązania kowalencyjne, w których dwa atomy mają jedną lub więcej wspólnych par elektronów. Wiązania kowalencyjne są najsilniejsze z trzech. Charakterystyczna energia ich rozerwania jest zwykle równa kilku elektronowoltom.
Zauważalnie słabsze niż kowalencyjne wiązania wodorowe. Jest to przyciąganie występujące pomiędzy związanym atomem wodoru i elektroujemnym atomem innej cząsteczki (zwykle tlenu lub azotu, rzadziej fluoru). Pomimo tego, że energia wiązań wodorowych jest setki razy mniejsza od energii wiązań kowalencyjnych, to w dużej mierze determinują one właściwości fizyczne wodę i zabawę Istotną rolę w świecie organicznym.
I wreszcie najsłabsza jest tzw. interakcja van der Waalsa. Czasami nazywa się to również rozproszonym. Powstaje w wyniku oddziaływania dipol-dipol dwóch atomów lub cząsteczek. W tym przypadku dipole mogą być początkowo nieodłącznie związane z cząsteczkami (na przykład woda ma moment dipolowy) lub indukowane w wyniku interakcji.
Energia charakterystyczna wiązania van der Waalsa jest wyrażona w stopniach Kelvina (wspomniany powyżej elektronowolt odpowiada w przybliżeniu 10 000 kelwinów). Najsłabsze sprzężenie van der Waalsa występuje pomiędzy dwoma indukowanymi dipolami. Jeśli istnieją dwa atomy niepolarne, to w wyniku ruchu termicznego każdy z nich ma pewien losowo oscylujący moment dipolowy (powłoka elektronowa wydaje się lekko drżeć względem jądra). Momenty te oddziałują ze sobą i w rezultacie preferencyjnie mają takie orientacje, że oba atomy zaczynają się przyciągać.
Najbardziej obojętnym ze wszystkich atomów jest hel. Nie tworzy wiązań kowalencyjnych z żadnym innym atomem. Jednocześnie wartość jego polaryzowalności jest bardzo mała, to znaczy trudno mu tworzyć wiązania rozproszone. Jest jednak jedna istotna okoliczność. Elektrony w atomie helu są tak silnie związane z jądrem, że można je bez obawy przed siłami odpychania zbliżyć bardzo blisko innych atomów – na odległość rzędu promienia tego atomu. Siły dyspersyjne rosną wraz ze zmniejszaniem się odległości między atomami bardzo szybko – odwrotnie proporcjonalnie do szóstej potęgi odległości!
Tutaj narodził się pomysł: jeśli zbliżysz do siebie dwa atomy helu, nadal powstanie między nimi kruche wiązanie van der Waalsa. Udało się to faktycznie osiągnąć w połowie lat 90., choć wymagało to znacznego wysiłku. Energia takiego wiązania wynosi zaledwie 1 mK, a cząsteczkę He 2 wykryto w małych ilościach w strumieniach przechłodzonego helu.
Co więcej, właściwości cząsteczki He 2 są pod wieloma względami wyjątkowe i niezwykłe. Przykładowo jego rozmiar to… około 5 nm! Dla porównania wielkość cząsteczki wody wynosi około 0,1 nm. W tym przypadku minimalna energia potencjalna cząsteczki helu występuje przy znacznie mniejszej odległości – około 0,2 nm – jednak bardzo czasu – około 80% – atomów helu w cząsteczce spędzają w trybie tunelowym, czyli w obszarze, w którym w ramach mechaniki klasycznej nie można ich zlokalizować.
Kolejnym co do wielkości atomem po helu jest lit, dlatego po otrzymaniu cząsteczki helu naturalnym stało się zbadanie możliwości utrwalenia wiązania pomiędzy helem i litem. I w końcu naukowcom udało się to zrobić. Cząsteczka litu i helu LiHe ma wyższą energię wiązania niż hel-hel - 34±36 mK, a odległość między atomami, przeciwnie, jest mniejsza - około 2,9 nm. Jednak nawet w tej cząsteczce atomy przez większość czasu znajdują się w klasycznie zakazanych stanach pod barierą energetyczną. Co ciekawe, studnia potencjału cząsteczki LiHe jest tak mała, że może ona istnieć tylko w jednym wibracyjnym stanie energetycznym, który w rzeczywistości jest rozszczepieniem dubletu na skutek spinu atomu 7 Li. Jego stała rotacji jest tak wysoka (około 40 mK), że wzbudzenie widma rotacyjnego prowadzi do zniszczenia cząsteczki.
Bretta Esry’ego na Uniwersytecie Stanowym w Kansas
Uzyskane dotychczas wyniki są interesujące jedynie z fundamentalnego punktu widzenia. Jednakże są one już przedmiotem zainteresowania pokrewnych dziedzin nauki. Zatem skupiska helu składające się z wielu cząstek mogą stać się narzędziem do badania efektów opóźnienia w próżni Casimira. Badanie interakcji hel-hel jest również ważne dla chemii kwantowej, która mogłaby przetestować swoje modele w tym układzie. I oczywiście nie ma wątpliwości, że naukowcy wymyślą inne ciekawe i ważne zastosowania dla tak ekstrawaganckich obiektów, jak cząsteczki He 2 i LiHe.
Jak wynika z artykułu opublikowanego w czasopiśmie Nature Chemistry, rosyjscy i zagraniczni chemicy twierdzą, że istnieją dwa stabilne związki najbardziej „ksenofobicznego” pierwiastka – helu i eksperymentalnie potwierdzili istnienie jednego z nich – helidu sodu.
„Badanie to pokazuje, jak można odkryć zupełnie nieoczekiwane zjawiska przy użyciu najnowszych metod teoretycznych i eksperymentalnych. Nasza praca po raz kolejny pokazuje, jak mało obecnie wiemy o skutkach ekstremalne warunki na chemię, a rola takich zjawisk w procesach zachodzących wewnątrz planet nie została jeszcze wyjaśniona” – mówi Artem Oganov, profesor Skoltech i Moskwy Phystech w Dołgoprudnym.
Sekrety gazów szlachetnych
Pierwotna materia Wszechświata, która powstała kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, składała się tylko z trzech pierwiastków – wodoru, helu i śladowych ilości litu. Hel jest nadal trzecim najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie, jednak na Ziemi występuje w bardzo małych ilościach, a rezerwy helu na planecie stale się zmniejszają ze względu na parowanie w przestrzeń kosmiczną.
Charakterystyczną cechą helu i innych pierwiastków ósmej grupy układu okresowego, które naukowcy nazywają „gazami szlachetnymi”, jest to, że są one niezwykle niechętne – w przypadku ksenonu i innych ciężkich pierwiastków – czyli w zasadzie jak neon, nie mogą wejść reakcje chemiczne. Istnieje zaledwie kilkadziesiąt związków ksenonu i kryptonu z fluorem, tlenem i innymi silnymi utleniaczami, zero związków neonu i jeden związek helu, odkryty eksperymentalnie w 1925 roku.
Związek ten, będący połączeniem protonu i helu, nie jest prawdziwym związkiem chemicznym w ścisłym tego słowa znaczeniu – hel w tym przypadku nie uczestniczy w tworzeniu wiązań chemicznych, choć wpływa na zachowanie pozbawionych elektron. Jak wcześniej zakładali chemicy, „cząsteczki” tej substancji powinny były zostać znalezione w ośrodku międzygwiazdowym, ale przez ostatnie 90 lat astronomowie ich nie odkryli. Możliwa przyczyna Dzieje się tak, ponieważ jon ten jest wyjątkowo niestabilny i ulega zniszczeniu w kontakcie z prawie każdą inną cząsteczką.
Artem Oganov i jego zespół zastanawiali się, czy związki helu mogą istnieć w egzotycznych warunkach, o których ziemscy chemicy rzadko myślą – w ekstremalnych warunkach wysokie ciśnienia i temperatury. Oganov i jego współpracownicy od dłuższego czasu badają taką „egzotyczną” chemię i opracowali nawet specjalny algorytm wyszukiwania substancji występujących w takich warunkach. Z jego pomocą odkryli, że w głębinach gazowych gigantów i niektórych innych planet mogą znajdować się egzotyczny kwas ortowęglowy, „niemożliwe” wersje zwykłej soli kuchennej i szereg innych związków, które „łamią” prawa klasycznej chemii.
Korzystając z tego samego systemu, USPEX, rosyjscy i zagraniczni naukowcy odkryli, że przy ultrawysokim ciśnieniu przekraczającym ciśnienie atmosferyczne 150 tysięcy i milion razy istnieją dwa stabilne związki helu - oksygelid sodu i helid sodu. Pierwszy związek składa się z dwóch atomów sodu i jednego atomu helu, a drugi składa się z tlenu, helu i dwóch atomów sodu.
Atom na diamentowym kowadle
Obydwa ciśnienia można łatwo uzyskać za pomocą nowoczesnych kowadeł diamentowych, co zrobili koledzy Oganowa pod przewodnictwem innego Rosjanina, Aleksandra Goncharowa z Laboratorium Geofizycznego w Waszyngtonie. Jego eksperymenty wykazały, że helid sodu tworzy się pod ciśnieniem około 1,1 miliona atmosfer i pozostaje stabilny do co najmniej 10 milionów atmosfer.
Co ciekawe, helid sodu ma podobną strukturę i właściwości do soli fluoru, „sąsiada” helu w układzie okresowym. Każdy atom helu w tej „soli” jest otoczony ośmioma atomami sodu, co przypomina strukturę fluorku wapnia lub dowolnej innej soli kwasu fluorowodorowego. Elektrony w Na2He są „przyciągane” do atomów na tyle silnie, że związek ten w przeciwieństwie do sodu jest izolatorem. Naukowcy nazywają takie struktury kryształami jonowymi, ponieważ elektrony przejmują w nich rolę i miejsce ujemnie naładowanych jonów.
„Związek, który odkryliśmy, jest dość niezwykły: chociaż atomy helu nie biorą bezpośrednio udziału w wiązaniach chemicznych, ich obecność zasadniczo zmienia interakcje chemiczne między atomami sodu, sprzyjając silnej lokalizacji elektronów walencyjnych, co czyni powstały materiał izolatorem” – wyjaśnia Xiao Dong z uniwersytetu Nankan w Tianjin (Chiny).
Inny związek, Na2HeO, okazał się stabilny w zakresie ciśnień od 0,15 do 1,1 miliona atmosfer. Substancja jest również kryształem jonowym i ma strukturę podobną do Na2He, tyle że rolę ujemnie naładowanych w nich jonów odgrywają nie elektrony, a atomy tlenu.
Co ciekawe, wszystkie inne metale alkaliczne, które charakteryzują się wyższą reaktywnością, znacznie mniej chętnie tworzą związki z helem przy ciśnieniach nie więcej niż 10 milionów razy wyższych od ciśnienia atmosferycznego.
Oganov i jego współpracownicy przypisują to faktowi, że orbity, po których poruszają się elektrony w atomach potasu, rubidu i cezu w zauważalny sposób zmieniać się wraz ze wzrostem ciśnienia, co nie ma miejsca w przypadku sodu, z przyczyn, które nie są jeszcze jasne. Naukowcy uważają, że helid sodu i inne podobne substancje można znaleźć w jądrach niektórych planet, białych karłów i innych gwiazd.
MOSKWA, 6 lutego – RIA Nowosti. Jak wynika z artykułu opublikowanego w czasopiśmie Nature Chemistry, rosyjscy i zagraniczni chemicy twierdzą, że istnieją dwa stabilne związki najbardziej „ksenofobicznego” pierwiastka – helu i eksperymentalnie potwierdzili istnienie jednego z nich – helidu sodu.
„Badanie to pokazuje, jak można odkryć zupełnie nieoczekiwane zjawiska przy użyciu najnowszych metod teoretycznych i eksperymentalnych. Nasza praca po raz kolejny pokazuje, jak niewiele obecnie wiemy o wpływie ekstremalnych warunków na chemię, a rola takich zjawisk na procesy zachodzące na planetach pozostaje do ustalenia zostać wyjaśnione” – mówi Artem Oganov, profesor Skoltech i Moskwy Phystech w Dołgoprudnym.
Sekrety gazów szlachetnych
Pierwotna materia Wszechświata, która powstała kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, składała się tylko z trzech pierwiastków – wodoru, helu i śladowych ilości litu. Hel jest nadal trzecim najpowszechniejszym pierwiastkiem we wszechświecie, jednak na Ziemi występuje w bardzo małych ilościach, a rezerwy helu na planecie stale się zmniejszają ze względu na parowanie w przestrzeń kosmiczną.
Charakterystyczną cechą helu i innych pierwiastków ósmej grupy układu okresowego, które naukowcy nazywają „gazami szlachetnymi”, jest to, że niezwykle niechętnie – w przypadku ksenonu i innych ciężkich pierwiastków – lub w zasadzie jak neon, nie mogą wchodzić w reakcje chemiczne. Istnieje zaledwie kilkadziesiąt związków ksenonu i kryptonu z fluorem, tlenem i innymi silnymi utleniaczami, zero związków neonu i jeden związek helu, odkryty eksperymentalnie w 1925 roku.
Związek ten, będący połączeniem protonu i helu, nie jest prawdziwym związkiem chemicznym w ścisłym tego słowa znaczeniu – hel w tym przypadku nie uczestniczy w tworzeniu wiązań chemicznych, choć wpływa na zachowanie pozbawionych elektron. Jak wcześniej zakładali chemicy, „cząsteczki” tej substancji powinny były zostać znalezione w ośrodku międzygwiazdowym, ale przez ostatnie 90 lat astronomowie ich nie odkryli. Możliwą przyczyną jest to, że jon ten jest wyjątkowo niestabilny i ulega zniszczeniu w kontakcie z prawie każdą inną cząsteczką.
Artem Oganov i jego zespół zastanawiali się, czy związki helu mogą istnieć w egzotycznych warunkach, o których ziemscy chemicy rzadko myślą – przy bardzo wysokich ciśnieniach i temperaturach. Oganov i jego współpracownicy od dłuższego czasu badają taką „egzotyczną” chemię i opracowali nawet specjalny algorytm wyszukiwania substancji występujących w takich warunkach. Z jego pomocą odkryli, że w głębinach gazowych gigantów i niektórych innych planet mogą znajdować się egzotyczny kwas ortowęglowy, „niemożliwe” wersje zwykłej soli kuchennej i szereg innych związków, które „łamią” prawa klasycznej chemii.
Korzystając z tego samego systemu, USPEX, rosyjscy i zagraniczni naukowcy odkryli, że przy ultrawysokim ciśnieniu przekraczającym ciśnienie atmosferyczne 150 tysięcy i milion razy istnieją dwa stabilne związki helu - helid sodu i oksygelid sodu. Pierwszy związek składa się z dwóch atomów sodu i jednego atomu helu, a drugi składa się z tlenu, helu i dwóch atomów sodu.
Ultra wysokie ciśnienie spowodowało, że sól „złamała” zasady chemiiAmerykańsko-rosyjscy i europejscy chemicy zamienili zwykłą sól kuchenną w chemicznie „niemożliwy” związek, którego cząsteczki są zorganizowane w egzotyczne struktury zbudowane z różne liczby atomy sodu i chloru.Atom na diamentowym kowadle
Obydwa ciśnienia można łatwo uzyskać za pomocą nowoczesnych kowadeł diamentowych, co zrobili koledzy Oganowa pod przewodnictwem innego Rosjanina, Aleksandra Goncharowa z Laboratorium Geofizycznego w Waszyngtonie. Jego eksperymenty wykazały, że helid sodu tworzy się pod ciśnieniem około 1,1 miliona atmosfer i pozostaje stabilny do co najmniej 10 milionów atmosfer.
Co ciekawe, helid sodu ma podobną strukturę i właściwości do soli fluoru, „sąsiada” helu w układzie okresowym. Każdy atom helu w tej „soli” jest otoczony ośmioma atomami sodu, co przypomina strukturę fluorku wapnia lub dowolnej innej soli kwasu fluorowodorowego. Elektrony w Na2He są „przyciągane” do atomów na tyle silnie, że związek ten w przeciwieństwie do sodu jest izolatorem. Naukowcy nazywają takie struktury kryształami jonowymi, ponieważ elektrony przejmują w nich rolę i miejsce ujemnie naładowanych jonów.
„Związek, który odkryliśmy, jest dość niezwykły: chociaż atomy helu nie biorą bezpośrednio udziału w wiązaniach chemicznych, ich obecność zasadniczo zmienia interakcje chemiczne między atomami sodu, sprzyjając silnej lokalizacji elektronów walencyjnych, co czyni powstały materiał izolatorem” – wyjaśnia Xiao Dong z uniwersytetu Nankan w Tianjin (Chiny).
Inny związek, Na2HeO, okazał się stabilny w zakresie ciśnień od 0,15 do 1,1 miliona atmosfer. Substancja jest również kryształem jonowym i ma strukturę podobną do Na2He, tyle że rolę ujemnie naładowanych w nich jonów odgrywają nie elektrony, a atomy tlenu.
Co ciekawe, wszystkie inne metale alkaliczne, które charakteryzują się wyższą reaktywnością, znacznie mniej chętnie tworzą związki z helem przy ciśnieniach nie więcej niż 10 milionów razy wyższych od ciśnienia atmosferycznego.
Oganov i jego współpracownicy przypisują to faktowi, że orbity, po których poruszają się elektrony w atomach potasu, rubidu i cezu, zmieniają się zauważalnie wraz ze wzrostem ciśnienia, co nie ma miejsca w przypadku sodu, z niejasnych jeszcze powodów. Naukowcy uważają, że helid sodu i inne podobne substancje można znaleźć w jądrach niektórych planet, białych karłów i innych gwiazd.