Superatomer: imiterar grundämnen
Grafiska bilder av energitoppar från en nickelatom och en titanmonoxidmolekyl liknar varandra. (Castleman lab/Penn State University)


Nu, under 2000-talet introducerar vetenskapsmän återigen ämnet alkemi. Tre forskare från Pennsylvania State University har nyligen visat att vissa kombinationer av grundämnen i atomform har elektroniska signaturer som imiterar signaturerna från andra grundämnen.

– Upptäckterna kan leda till mycket billigare material till många olika användningsområden som till exempel nya energikällor, metoder för minskning av föroreningar och katalysatorer som industriländerna är starkt beroende av för kemiska processer, säger forskningsledaren A Welford Castleman Jr och Evan Pugh som är professor i kemi och fysik, i ett pressmeddelande.

Forskarna kunde visa att de atomer som de hittills har sett har blivit imiterade kan förutsägas genom att titta i det periodiska systemet. För att kvantifiera dessa nya och överraskande upptäckter har gruppen använt avancerat experimenterande och teori.

– Vi håller på att få en helt ny syn på det periodiska systemet, säger Castleman.

Gruppens upptäckter publicerades på nätversionen av the Journal Proceedings of the National Academy of Sciences den 29:e December 2009.

Castleman och hans grupp använde en teknik kallad fotoelektronspektroskopi för att undersöka likheter mellan titanmonoxid och nickel, zirkoniummonoxid och palladium och tungstenskarbid och platina.

– Med fotoelektronspektroskopi mäts energin som går åt till att ta bort elektroner från olika elektrontillstånd hos atomer eller molekyler. Samtidigt använder vi en digitalkamera för att ta kort på när elektronerna tas bort, säger Castleman.

– Metoden gör det möjligt att bestämma bindningsenergierna hos elektronerna och även att direkt se hur orbitalerna ser ut, där elektronerna var innan de togs bort.

De kom på att mängden energi som krävs för att ta bort elektroner från en titanmonoxidmolekyl är densamma som den som krävs för att ta bort elektroner från en nickelatom. Detsamma gäller systemen zirkoniummonoxid och palladium samt tungstenskarbid och platina.

Därför är molekylerna titanmonoxid, zirkoniummonoxid och tungstenskarbid superatomer-atomkluster som uppvisar någon egenskap hos grundämnesatomer-av nickel, palladium och platina.

Castleman säger att sådana likheter mellan atomer och superatomer har potential att bespara oss mycket pengar.

– Platina används i nästan alla katalysatorer i bilar, men är mycket dyrt, säger Castleman.

– Däremot är tungstenskarbid, som imiterar platina, billigt. Mycket pengar kan sparas om de som tillverkar katalysatorerna kan använda tungstenskarbid istället för platina. Palladium används i vissa förbränningsprocesser, men det imiteras av zirkoniummonoxid som är billigare med en faktor på 500. Våra nya upptäckter är spännande både ur en vetenskaplig och praktisk synvinkel.

Castleman säger att han inte vet om mönstret återkommer över hela periodiska systemet. Just nu arbetar sig han och hans grupp igenom atomer som tillhör övergångsmetallerna.

I framtiden planerar de att gå vidare med forskningen och utforska om superatomerna också är kemiskt lika deras respektive enkla atomer.

Översatt från engelska:
http://www.theepochtimes.com/n2/content/view/27336/