Síntesis de nuevas formas de compuestos de carbono
En un estudio pionero, los investigadores han obtenido nuevos conocimientos en el campo de la química del carbono a alta presión
Investigadores de la Universidad de Bayreuth sintetizaron dos nuevos carburos -compuestos de carbono y otro elemento químico- con estructuras únicas. Los resultados pueden ofrecer una explicación inesperada de la amplia difusión de los hidrocarburos aromáticos policíclicos en el Universo.
Presentación artística de los descubrimientos. Los nuevos carburos CaC2 y Ca3C7, que contienen nanoribbones de carbono desprotonados, se sintetizaron a altas presiones y temperaturas en una célula de yunque de diamante. Sus estructuras cristalinas se muestran a la izquierda (los átomos de Ca en rojo, los nanoribbones en negro. En el "confeti" de los nanoribbones, los átomos de carbono cristalográficamente diferentes aparecen en colores distintos). Estos nuevos materiales pueden existir en las condiciones que se dan en el interior de los planetas, y su hidrólisis dentro de los cuerpos planetarios, en sus superficies o en sus atmósferas, puede servir como fuente de hidrocarburos aromáticos policíclicos, proporcionando bloques de construcción química para la creación de vida (representada simbólicamente por una criatura fantástica generada por la IA, la figura de la derecha).
UBT/Leonid Dubrovinsky
Bajo la dirección del Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, del Geoinstituto de Baviera, y de la Prof. Dra. Natalia Dubrovinskaia, del Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth, los investigadores han sintetizado nuevos compuestos de carbono que tienen elementos estructurales similares a los de las moléculas orgánicas complejas, pero desprotonados (es decir, no contienen hidrógeno).
Para ello, los investigadores utilizaron células de yunque de diamante que comprimieron los diminutos cristales de carburo de calcio a presiones del orden de tres gigapascales y los calentaron simultáneamente a temperaturas de unos 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 hizo que el carburo de calcio formara dos nuevos carburos: el polimorfo de alta presión de CaC2 y el Ca3C7.
Aunque el polimorfo de alta presión del CaC2 tiene la misma composición química que el material de partida, difiere de él en la disposición espacial de los átomos y en sus propiedades químicas. El polimorfo posee 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 del interior de los planetas podría incluso haber desempeñado un papel en el origen de la vida, ya que podrían ser el origen de los hidrocarburos.
El compuesto de fórmula química Ca3C7 nunca se había observado antes, por lo que su síntesis y elucidación estructural representan un importante paso adelante en la comprensión del comportamiento de los materiales basados en el carbono en condiciones extremas.
El Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, investigador principal del estudio, explicó: "Nuestros hallazgos no sólo amplían los límites de la química del carbono conocida, sino que también ofrecen 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 metalorgánicos desprotonados abren posibilidades apasionantes para diseñar materiales novedosos con propiedades electrónicas, magnéticas y ópticas únicas", añadió la Prof. Dra. Natalia Dubrovinskaia.
El trabajo de investigación se llevó a cabo en colaboración internacional por científicos del Geoinstituto de Baviera y el Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth, el Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY), la Universidad de Colonia, la Universidad de Edimburgo, la Universidad Goethe de Frankfurt, la Universidad de Chicago, la Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica y la Universidad de Linköping.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Saiana Khandarkhaeva, Timofey Fedotenko, Alena Aslandukova, Fariia Iasmin Akbar, Maxim Bykov, Dominique Laniel et al.; "Extending carbon chemistry at high-pressure by synthesis of CaC2 and Ca3C7 with deprotonated polyacene- and para-poly(indenoindene)-like nanoribbons"; Nature Communications, Volume 15, 2024-4-2
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