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La síntesis de dos nuevos carburos proporciona información sobre cómo podrían existir estructuras complejas de carbono en otros planetas

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Estructura cristalina de HP-CaC.dos en 44(1) GPa un modelo de bola y palo con la celda unitaria delineada; Los átomos de calcio se muestran como esferas blancas y los átomos de carbono como bolas rojas y azules para dos posiciones cristalográficas distintas, C1 (4 g de sitio Wyckoff) y C2 (4 h), respectivamente. b La geometría de una única nanocinta de poliaceno desprotonada; Las distancias C-C y los ángulos CCC están etiquetados. Las secciones transversales de la función de localización de electrones (ELF) calculada se muestran en los planos perpendiculares (c) y paralelos (d) a las nanocintas de poliaceno. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47138-2

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Estructura cristalina de HP-CaC.dos en 44(1) GPa un modelo de bola y palo con la celda unitaria delineada; Los átomos de calcio se muestran como esferas blancas y los átomos de carbono como bolas rojas y azules para dos posiciones cristalográficas distintas, C1 (4 g de sitio Wyckoff) y C2 (4 h), respectivamente. b La geometría de una única nanocinta de poliaceno desprotonada; Las distancias C-C y los ángulos CCC están etiquetados. Las secciones transversales de la función de localización de electrones (ELF) calculada se muestran en los planos perpendiculares (c) y paralelos (d) a las nanocintas de poliaceno. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47138-2

Investigadores de la Universidad de Bayreuth han obtenido nuevos conocimientos en el campo de la química del carbono a alta presión: han sintetizado dos nuevos carburos (compuestos de carbono y otro elemento químico) con estructuras únicas. Los resultados pueden proporcionar una explicación inesperada para la amplia distribución de hidrocarburos aromáticos policíclicos en el universo. La búsqueda es Publicado en el diario Comunicaciones de la naturaleza.

Los carburos son compuestos de carbono y otro elemento químico. Los carburos recién sintetizados se parecen a compuestos organometálicos y podrían ofrecer nuevos conocimientos sobre el comportamiento de estructuras complejas de carbono bajo presiones y temperaturas extremadamente altas.

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La posible existencia o formación de tales compuestos en las condiciones internas de los planetas podría tener implicaciones importantes para las geociencias y la astrobiología, ya que podrían ser el origen de los hidrocarburos y desempeñar un papel en el origen de la vida.

Leonid Dubrovinsky del Geoinstituto de Baviera y la profesora Natalia Dubrovinskaia del Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth, la investigación de los nuevos compuestos de carbono revela que tienen elementos estructurales similares a los de los compuestos orgánicos complejos. moléculas, pero están desprotonadas (es decir, no contienen hidrógeno).

Para lograrlo, los investigadores utilizaron células de yunque de diamante que comprimieron los diminutos cristales de carburo de calcio a presiones en el rango de gigapascales de tres dígitos y al mismo tiempo los calentaron a temperaturas de alrededor de 3.000°C. Estas condiciones corresponden a las que se dan a una profundidad de 2.900 km en el interior de la Tierra. El cambio de presión y temperatura provocó que el carburo de calcio formara dos nuevos carburos: polimorfo de alta presión de CaCdos y ca3W.7.

Estructura cristalina del Ca3W.7 en 38(1) GPa. a Proyección A de la estructura Ca3C7 a lo largo del eje a, enfatizando cadenas 2D de átomos de carbono alineadas a lo largo del eje b. Los átomos de calcio se muestran como esferas blancas y los átomos de carbono como bolas rojas y azules para las dos posiciones cristalográficas distintas C1 (4c) y C2 (8d), respectivamente. Los átomos de carbono, denominados C3 (8d) y C4 (8d), se muestran como bolas grises. b La geometría de una única cadena para-poli(indenoindeno) desprotonada (p-PINIn) con las distancias CC y los ángulos CCC etiquetados. c, d Las secciones transversales de la función de localización de electrones (ELF) calculada se muestran en los dos planos diferentes que contienen cadenas p-PINIn. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47138-2

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Estructura cristalina de Ca3W.7 en 38(1) GPa. a Proyección A de la estructura Ca3C7 a lo largo del eje a, enfatizando cadenas 2D de átomos de carbono alineadas a lo largo del eje b. Los átomos de calcio se muestran como esferas blancas y los átomos de carbono como bolas rojas y azules para las dos posiciones cristalográficas distintas C1 (4c) y C2 (8d), respectivamente. Los átomos de carbono, denominados C3 (8d) y C4 (8d), se muestran como bolas grises. b La geometría de una única cadena para-poli(indenoindeno) desprotonada (p-PINIn) con las distancias CC y los ángulos CCC etiquetados. c, d Las secciones transversales de la función de localización de electrones (ELF) calculada se muestran en los dos planos diferentes que contienen cadenas p-PINIn. Crédito: Comunicaciones de la naturaleza (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-47138-2

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Aunque el polimorfo de alta presión de CaCdos tiene la misma composición química que el material de partida, se diferencia de él en la disposición espacial de los átomos y sus propiedades químicas. El polimorfo tiene cadenas de carbono que pueden existir en condiciones que superan con creces las conocidas para la existencia de compuestos orgánicos convencionales.

La formación de tales compuestos en las condiciones internas de los planetas podría incluso haber desempeñado un papel en el origen de la vida, como podrían ser el origen de los hidrocarburos.

El compuesto con la fórmula química Ca.3W.7 nunca antes se había observado, por lo que su síntesis y elucidación de su estructura representan un avance significativo en la comprensión del comportamiento de los materiales a base de carbono en condiciones extremas.

Leonid Dubrovinsky, investigador principal del estudio, explicó: «Nuestros hallazgos no sólo amplían los límites de la química del carbono conocida, sino que también proporcionan una nueva perspectiva sobre cómo podrían existir estructuras complejas de carbono en las profundidades de la Tierra y potencialmente en otros cuerpos planetarios».

«Las similitudes entre estos carburos de alta presión y los compuestos organometálicos desprotonados abren posibilidades interesantes para diseñar nuevos materiales con propiedades electrónicas, magnéticas y ópticas únicas», añadió el Prof.

Prudencia Febo

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