Доктор Уил Кацман и его команда обнаружили кластеры из атомов, которые имитируют некоторые свойства других элементов. Названный "суператомом," этот кластер различных атомов ведет себя как единый элемент, и это может иметь последствия столь же существенные, как у алхимиков поиск золота.

Суператомный кластер может служить в качестве строительных блоков для получения новых материалов, которые дешевле и эффективнее, чем материалы в настоящее время используются в качестве катализатора в химической обработке, и каталитические нейтрализаторы автомобилей. Они могут даже иметь потенциал в качестве новых источников энергии.

Концепция суператомов отмечает, что в исследованиях с алюминиевыми кластерами, где, в зависимости от количества атомов алюминия , составляющих кластер, реакционная способность модели подражает химии связанные с отдельными элементами. Выявление потенциальных видов кластеров в газовой фазе, как новые катализаторы, которые могут быть использованы для сборки новых материалов с заданными свойствами является достижением в научных исследований лаборатории Кацмана Пенсильванского университета. Способствовали в этих исследованиях Патрик Роч и Самуил Паперник, бывших членов группы д-р Кацман и сейчас исследователи Северо-Западной Тихоокеанской национальной лаборатории.

Электронные конфигурации ключ к имитации.

Кацман и его команда показали, что определенные комбинации элементарных атомов электронных конфигураций, которые имитируют других элементов. Исследователи также показали, что свойства атомов, которые были определены до сих пор в этих мимикрии событий можно предсказать просто посмотрев в периодическую таблицы .
Сначала д-р Кацман и его команда наблюдали химическое поведение в суператомном кластере, которые отражают поведение данного элемента. Чтобы обеспечить количественные данные, они изучили поведение фотоэлектронных суператомов, сняли и проанализировали поведение электронов данного кластера атомов, для того чтобы узнать о местонахождении орбитальных электронов.
"Мы начали работать с монооксид титана (TiO) и к нашему большому удивлению мы увидели, электронная конфигурация TiO очень схожа с никелем", Каслман сказал. "Это поразило нас, поскольку мы начали встречаться, где поведение TiO смотрел, как никель. Мы думали, что это должно быть просто случайность".

Но команда посмотрела другие вещества, в том числе оксида циркония, которая изоэлектронна с палладием и карбида вольфрама который изоэлектронен с палладием. " "Когда мы проанализировали поведение для каждого из этих видов, мы видели, что поведение было удивительно похожи. Казалось, TiO был суператомом никеля".

Использование периодической таблицы для прогнозирования поведения суператома

С этого открытия, группа вернулась в периодической таблице, чтобы посмотреть на элементы с аналогичными валентными электронами. Они обнаружили, что суператомы подражая другим элементам могут быть предсказаны простой арифметики. Титан, например, имеет четыре внешней оболочки электронов, атомного кислорода 6. Тогда сделайте 6 шагов по элементам справа от титана и вы наткнетесь на никель, который имеет 10 внешних оболочек электронов аналогично оксиду титана. Предположив, что вывод должен быть совпадением, Кацман и его команда пытались его с другими атомами и нашел определенные закономерности. Кацман заявил, что он не знает будет повторяться картина по всей таблицы Менделеева. Сейчас он и его сотрудники исследуют только атомы переходных металлов.

Так зачем использовать другой элемент, если фактический элемент имеется в наличии? Во-первых, имитируемый элемент может быть менее дорогостоящим, как в случае с палладия, один грамм которого стоит $ 100, и используется в качестве катализатора в реактивных двигателях. Его достойная замена - оксид циркония, грамм которого стоит всего 2 цента.

Другая причина заключается в том, что некоторые кластера имеют различные функциональные свойства, чем у имитируемого элемента. "Кластер может вести себя как один конкретный элемент, но будет делать что-то еще", говорит Кацман.