Silicium med en todimensionel struktur

Silicium, et halvmetal, bindes i sin naturlige form med fire andre elementer, og dens tredimensionelle struktur har form af et tetraeder. I lang tid, det syntes umuligt at opnå syntesen og karakteriseringen af ​​en todimensionel ækvivalent-geometrisk set, en firkant. Nu er det lykkedes forskere fra området for uorganisk kemi ved Heidelberg Universitet at fremstille et krystallinsk kompleks med en sådan konfiguration. PD Dr. Lutz Greb fra Institut for Uorganisk Kemi understreger, at det har overraskende fysiske og kemiske egenskaber og, inden for molekylær kemi, vil åbne op for nye tilgange til at bruge det næstmest udbredte grundstof i jordskorpen til katalyse og materialeforskning.

Som et klassisk semi-metal, silicium besidder egenskaber af både metaller og ikke-metaller, og tilhører kulstofgruppen i det periodiske system. Ligesom kulstof, siliciumbindinger med fire elementer. Dens tredimensionelle struktur svarer derefter til et tetraeder, en krop med fire sider. På grund af den store stabilitet af et tetraeder, andre strukturer kendes ikke i naturligt silicium med fire bindinger - silicium (IV) for kort. Rent geometrisk betragtet, den todimensionelle ækvivalent til et tetraeder er en firkant. Disse konfigurationer er allerede kendt for kulstof, men ifølge Dr. Greb, en kvadratisk plan struktur er endnu ikke blevet fremstillet inden for silicium(IV) kemi, selv efter over 40 års intensiv indsats.

Dr. Grebs arbejdsgruppe er for første gang lykkedes med at syntetisere og fuldstændig karakterisere en kvadratisk plan silicium(IV) art. Det var muligt at vise dette ved hjælp af røntgenkrystallografi. Forskerne voksede en monokrystal, som de bestrålede med en fint fokuseret stråle af røntgenstråler. Røntgenstrålernes diffraktion ved mødet med monokrystallens atomer førte til et umiskendeligt mønster, hvorfra det er muligt at beregne atomkernernes position. Denne måling gjorde det muligt for forskerne at vise, at de havde at gøre med molekyler med kvadratisk plan silicium(IV). Yderligere undersøgelser med spektroskopiske metoder understøttede denne konfiguration. Det viser fysiske og kemiske egenskaber, som forskerne ikke havde forventet, f.eks. farve i en naturligt farveløs klasse af stoffer.

"At syntetisere denne konfiguration fra de komponenter, vi valgte, er forholdsvis enkel, når du først har forstået nøglebetingelserne, "forklarer Dr. Fabian Ebner, som i mellemtiden er postdoc ved Institut for Uorganisk Kemi. Det overraskede forskerne, imidlertid, at det kvadrat-plane silicium (IV) molekyle udgør et stabilt, isolerbar forbindelse overhovedet. "På grund af den høje reaktivitet, der er mange tænkelige måder at nedbryde på. Stadig, vi har altid troet, at det er muligt at isolere denne forbindelse, " understreger Dr. Greb.

Lutz Greb modtog et Starting Grant fra European Research Council (ERC) for sin forskning inden for strukturelt begrænsede hovedgruppeelementer. Fonden for tysk erhvervsliv støttede Fabian Ebners arbejde. Forskningsresultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Chem .