ヘリウム化二ナトリウム

ヘリウム化二ナトリウム：常識を覆すヘリウム化合物の発見

ヘリウムは、反応性に乏しい希ガス元素として知られています。そのイオン化エネルギーは全元素中最大であり、化合物を作ると考えられてきませんでした。一方、他の希ガス元素であるネオン、アルゴンなどは、一部化合物を作る可能性が示唆されてきました。しかし、ヘリウムについては、ファンデルワールス力による分子や包接化合物以外、安定な化合物の合成例は長らくありませんでした。

しかしながら、[2017年]]、この常識を覆す画期的な発見がありました。Xiao Dongらの研究チームが、世界で初めて熱力学的に安定なヘリウム化合物である『ヘリウム化二[[ナトリウム]』の合成に成功したのです。

この研究では、カーネギー研究所のダイヤモンドアンビルセル(DAC)という高圧実験装置を用いました。ナトリウムとヘリウムの混合物を、113 GPa以上の超高圧下に置き、レーザーで加熱することで、以下の化学反応を誘起しました。

2Na + He → Na₂He

この反応によって生成された物質が、X線回折分析によってヘリウム化二ナトリウムであることが確認されました。その結晶構造は蛍石型で、ナトリウム原子8個で囲まれた立方体格子の中に、4個のヘリウム原子が位置する特異な構造をしています。ヘリウム原子は、八中心二電子結合という、従来の化学結合とは異なる結合様式でナトリウム原子と結合していることが判明しました。また、ヘリウム化二ナトリウムは絶縁体であることも明らかになっています。

さらに、この研究グループは、15～110 GPaの圧力下で[ヘリウム]]化酸化二[[ナトリウム]が存在する可能性も予測しています。これらの成果は、学術誌『Nature Chemistry』に発表され、大きな注目を集めました。

ヘリウム化二ナトリウムの発見は、高圧下における物質の性質や化学反応の理解を深める上で非常に重要な成果です。特に、宇宙空間のような極限環境下における化学反応の解明に大きく貢献すると期待されています。宇宙空間には、地球上では考えられないような超高圧、超高温状態が存在しており、そこで起こる化学反応は、地球上の反応とは大きく異なる可能性があります。ヘリウム化二ナトリウムの合成成功は、そうした宇宙空間の化学反応の理解に向けて、重要な一歩となるでしょう。

今後の研究では、ヘリウム化二ナトリウムの性質をさらに詳細に解明し、他のヘリウム化合物合成への応用も期待されます。また、超高圧下における物質の挙動や、宇宙空間における化学反応の解明が進むことで、物質科学、惑星科学、宇宙化学といった分野の発展に繋がることが期待されます。

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