Гелид динатрия [2] (Na 2 He) — это соединение гелия и натрия , стабильное при высоких давлениях выше 113 гигапаскалей (1 130 000 бар). Впервые он был предсказан [3] с помощью алгоритма предсказания кристаллической структуры USPEX , а затем синтезирован в 2016 году. [4]
Na2He , как было предсказано, будет термодинамически стабильным при давлении свыше 160 ГПа и динамически стабильным при давлении свыше 100 ГПа. Это означает, что он должен быть способен образовываться при более высоком давлении, а затем разжиматься до 100 ГПа, но ниже этого давления он будет распадаться. По сравнению с другими бинарными соединениями других элементов и гелия, было предсказано, что он будет стабильным при самом низком давлении любой такой комбинации. Это также означает, например, что для соединения гелия и калия, как предсказано, потребуются гораздо более высокие давления порядка терапаскалей.
Материал был синтезирован путем помещения крошечных пластин натрия в ячейку с алмазными наковальнями вместе с гелием при 1600 бар, а затем сжатия до 130 ГПа и нагрева до 1500 К с помощью лазера. [4] Предполагается, что динатриевый гелид будет изолятором и прозрачным. [4] При 200 ГПа атомы натрия имеют заряд Бадера +0,599, заряд гелия составляет −0,174, а двухэлектронные пятна составляют около −0,511. [4] Эту фазу можно было бы назвать динатриевым гелиевым электридом. Динатриевый гелид плавится при высокой температуре около 1500 К, что намного выше температуры плавления натрия. При декомпрессии он может сохранять свою форму до 113 ГПа. [4] По мере увеличения давления, как ожидается, натрий приобретет больше положительного заряда, гелий потеряет отрицательный заряд, а плотность свободных электронов увеличится. Энергия компенсируется относительным сжатием атомов гелия и пространства для электронов. [1]
Динатриевый гелид имеет кубическую кристаллическую структуру , напоминающую структуру флюорита . При 300 ГПа ребро элементарной ячейки кристалла имеет a = 3,95 Å . Каждая элементарная ячейка содержит четыре атома гелия в центре граней и углов куба и восемь атомов натрия в координатах на полпути между центром и каждым углом. Электронные пары (2e − ) расположены на каждом ребре и в центре элементарной ячейки. [примечание 1] Каждая пара электронов является спин- спаренной. Наличие этих изолированных электронов делает это электридом . Атомы гелия не участвуют ни в какой связи; однако электронные пары можно рассматривать как восьмицентровую двухэлектронную связь . [4]
Затем, в 2017 году, исследователи синтезировали стабильное соединение из гелия и натрия, известное как динатриевый гелид, под такими высокими давлениями, которые наблюдаются внутри газовых гигантов, что позволяет предположить, что это соединение может быть найдено в природе, а не только в лабораториях.