Exploración de las estructuras de los cristalitos que contienen xenón

20.08.2024

Los gases nobles tienen fama de ser elementos poco reactivos e inertes, pero hace más de 60 años Neil Bartlett demostró la primera forma de unir el xenón. Creó el _XePtF6,un sólido de color amarillo anaranjado. Dado que es difícil cultivar cristales suficientemente grandes que contengan gases nobles, algunas de sus estructuras -y, por tanto, funciones- siguen siendo elusivas. Ahora, los investigadores han examinado con éxito diminutos cristalitos de compuestos de gases nobles. Se trata de las estructuras de varios compuestos de xenón.

Desde el descubrimiento de Bartlett, que se conmemora con un Hito Químico Histórico Internacional, se han sintetizado cientos de compuestos de gases nobles y se han caracterizado algunas estructuras cristalinas mediante difracción de rayos X monocristalina. Sin embargo, los cristales que contienen gases nobles suelen ser sensibles a la humedad del aire. Esta propiedad química hace que sean muy reactivos y difíciles de manipular, por lo que requieren técnicas y equipos especiales para cultivar cristales lo suficientemente grandes para el análisis por difracción de rayos X. Por ello, los investigadores no han podido obtener estructuras detalladas de ese primer compuesto de xenón ni de otros compuestos que contienen gases nobles. Recientemente, otra técnica -la difracción de electrones en 3D- ha revelado las estructuras de pequeños cristales a nanoescala. Estos cristalitos son estables en el aire, pero la técnica no se ha aplicado de forma generalizada a los compuestos sensibles al aire. Por eso, Lukáš Palatinus, Matic Lozinšek y sus colegas quisieron probar la difracción de electrones 3D en cristalitos de compuestos que contienen xenón.

Los investigadores sintetizaron tres compuestos de difluoruro de xenón y tetrafluoruro de manganeso, obteniendo cristales rojos individuales y polvos cristalinos rosados. Las muestras se mantuvieron estables enfriando primero un soporte con nitrógeno líquido, añadiendo la muestra y cubriendo después el soporte lleno con múltiples capas protectoras durante el traslado a un microscopio electrónico de transmisión. El equipo midió las longitudes y los ángulos de enlace del fluoruro de xenón (Xe-F) y del fluoruro de manganeso (Mn-F) en cristalitos de tamaño nanométrico del polvo cristalino rosa mediante difracción de electrones 3D. A continuación, las estructuras se compararon con los resultados obtenidos por el equipo en los cristales de color rojo vino, más grandes y de tamaño micrométrico, mediante difracción de rayos X de monocristal. Según los investigadores, los dos métodos concordaban bien, a pesar de las pequeñas diferencias, y los resultados mostraron que las estructuras eran:

Cadenas infinitas en zigzag para _3XeF2-2MnF4.
Anillos para el _XeF2-MnF4.
Cadenas dobles en forma de escalera para el _XeF2-2MnF4.

Como resultado de esta exitosa demostración de la difracción de electrones 3D en compuestos de xenón, los investigadores afirman que la técnica podría utilizarse para descubrir las estructuras del _XePtF6 y otros compuestos de gases nobles difíciles de caracterizar durante décadas, así como otras sustancias sensibles al aire.

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Publicación original

Klemen Motaln, Kshitij Gurung, Petr Brázda, Anton Kokalj, Kristian Radan, Mirela Dragomir, Boris Žemva, Lukáš Palatinus, Matic Lozinšek; "Reactive Noble-Gas Compounds Explored by 3D Electron Diffraction: XeF₂–MnF₄ Adducts and a Facile Sample Handling Procedure"; ACS Central Science, 2024-8-14

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