Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013)

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
1. Verfasser:	Шевченко, В.Я.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2014
Schriftenreihe:	Вісник НАН України
Schlagworte:	Наукові форуми
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/68895
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013) / В.Я. Шевченко // Вісн. НАН України. — 2014. — № 2. — С. 70-77. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-68895
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-688952014-10-02T03:01:42Z Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013) Шевченко, В.Я. Наукові форуми 2014 Article Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013) / В.Я. Шевченко // Вісн. НАН України. — 2014. — № 2. — С. 70-77. — рос. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/68895 ru Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Наукові форуми Наукові форуми
spellingShingle	Наукові форуми Наукові форуми Шевченко, В.Я. Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013) Вісник НАН України
format	Article
author	Шевченко, В.Я.
author_facet	Шевченко, В.Я.
author_sort	Шевченко, В.Я.
title	Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013)
title_short	Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013)
title_full	Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013)
title_fullStr	Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013)
title_full_unstemmed	Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013)
title_sort	пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции нансис-2013)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Наукові форуми
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/68895
citation_txt	Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013) / В.Я. Шевченко // Вісн. НАН України. — 2014. — № 2. — С. 70-77. — рос.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT ševčenkovâ prostranstvasuŝestvovaniâhimičeskihveŝestvnanosostoânieplenarnyjdokladnameždunarodnojkonferenciinansis2013
first_indexed	2025-07-05T18:41:20Z
last_indexed	2025-07-05T18:41:20Z
_version_	1836833445632802816
fulltext	70 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 2 ШЕВЧЕНКО Владимир Ярославович — академик РАН, директор Института химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН ПРОСТРАНСТВА СУЩЕСТВОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ — НАНОСОСТОЯНИЕ Пленарный доклад на IV Международной конференции НАНСИС-2013 19 ноября 2013 г. Ubi materia — ubi geometria. J. Kepler Существует ли наномир? То есть, имеются ли такие размер- ные объекты Природы, как, например, вещество, которые об- ладают только им присущими свойствами, независимыми от других объектов, и являющиеся неотъемлемой частью Приро- ды? Если обратиться к различным современным справочникам и учебникам, то можно найти такие определения вещества. Вещество — это форма материи, в отличие от поля обладаю- щая массой покоя. Вещество — разновидность материи, которая содержит чис- ло химических частиц (атомов) от 1015 и более. В химии используется понятие «индивидуальное химическое вещество», несколько отличное от понятий вещества в физике и биологии, и понимаемое как набор атомов, связанных друг с другом по определенному закону. Признаками, характери- зующими химическое вещество, являются его качественный состав (атомы элементов), количественный состав (число ато- мов каждого элемента), химическая связь между атомами и их взаимное расположение. Совокупность всех этих признаков необходима и достаточна для характеристики сущности хими- ческого вещества. Таким образом, для характеристики химиче- ского вещества необходима и достаточна структурная формула или его химическая структура. Понятие «структура». В настоящее время это понятие еще развивается, и самый благодатный материал для его анализа — тот, который дает «структурная химия». Эволюция этого по- нятия происходит на протяжении сотен лет, и в последующем изложении мы постараемся проанализировать этот процесс. Фундаментальной характеристикой вещества (химического) является его структура. По определению, структура (строение, ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 2 71 НАУКОВІ ФОРУМИ расположение, порядок) — это совокупность устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе, т.е. сохранение основных свойств при различных внутренних и внешних изменени- ях. Это определение вводит в мир химии про- странство и геометрию, как мероопределение пространства. Современный термин «струк- турная химия» основан на этих представлени- ях и создает фундаментальный базис науки об образовании и строении вещества, обусловли- вает введение строгого математического аппа- рата для описания этих процессов. Наука о построении вещества основана на самоорганизации атомов сначала в точечные конфигурации, а затем по принципу клеточ- ного автомата в более сложные по иерархии структуры, вначале в наночастицы, а затем в макромолекулы и макрообъекты. На основе систем кристаллохимических радиусов атомы можно моделировать тверды- ми сферами, а молекулы — полиэдрами более сложной формы и рассматривать упаковку таких тел. Формально геометрическое рас- смотрение — это исследование формы и сим- метрии и их связи с пространственной симме- трией кристалла. Идея обобщенной кристаллографии впервые была высказана Дж. Берналом в 1967 г. Основ- ные положения его представлений заключают- ся в более общем подходе к базовой проблеме классической кристаллографии — разбиению структур на большое число идентичных ячеек. В обобщенной кристаллографии предлагают- ся квазиидентичность и квазиэквивалентность (рис. 1). Важно, что начальные структуры фундамен- тальных конфигураций содержат первичную информацию о механизмах развития — некие гены, определяющие дальнейшее развитие структур. По существу, в концепции Дж. Бер- нала было отражено многообразие объектов природы, исследованных к тому времени кри- сталлографами, причем не только с помощью рентгеновских лучей. Математический аппа- рат для обобщения этой идеи был разработан Б.Н. Делоне в 1920 г. и основывался не на кон- цепции элементарной ячейки Федорова, а на разбиении Вороного. Если локальное упоря- дочение охватывает несколько десятков атом- ных радиусов, необходимо, чтобы весь объем был кристаллическим (и, следовательно, имел свою пространственную группу). Упорядоче- ние на меньших расстояниях в соответствую- щий икосаэдрический порядок может приве- сти к квазикристаллам. По существу, это и есть определение нанопространства, наномира как специфической области, в которой происходит формирование химического вещества. Анализ рассматриваемого термина требует по-новому определить пространство в области наноразмеров. Фундаментальной характери- стикой вещества является его структура. И про- странство не является пассивным вместилищем или сценой, на которой, как считал Б. Риман, разыгрываются химические процессы. Числовая характеристика пространства, оп- ределяющая набор его свойств и качеств, назы- вается мерностью. Еще одна фундаментальная характеристика пространства — его структу- рированность, связанная с симметрией. Пред- ставления о симметрии позволили использо- вать математическое определение простран- ства с помощью аппарата простых конечных групп. В 1980-е годы более сотни крупных матема- тиков под руководством Д. Горенштейна об- разовали консорциум, целью которого было представить полную классификацию простых конечных групп движений, состоящую из трех бесконечных счетных семейств и 26 так назы- ваемых спорадических групп с особыми свой- ствами, в том числе группы с самым большим порядком, получившей название «монстр». Порядок этой группы составляет ∼1053, что, ве- роятно, указывает на общее число соединений (в том числе химических) в природе (отметим, что общее число протонов во Вселенной ∼1080). Таким образом, симметрия присутствует поч- ти во всех конструкциях и закономерностях живой и неживой природы (рис. 1). Попытки построить модели регулярных структур различных химических веществ при- вели к появлению большого числа структур- 72 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 2 НАУКОВІ ФОРУМИ ных полиэдров и кластеров (Frank 1952, Bernal 1959, Kasper 1959, Mackey 1977, Gaskell 1978, Egami 1984, Miracle 2003, Ma 2006, кластеры Bergmana, Kuo и Tsai). Все они являются произ- водными от фундаментальных конфигураций. Совсем недавно обнаружен в интерметалли- дах еще один кластер (Blatov 2009). Развитые представления значительно расширяют поле деятельности классической кристаллографии, позволяя рассматривать не только новые объ- екты исследования, но и чисто количествен- ную сторону. Таким образом, в области строения хими- ческих соединений наука о веществе и наука о пространстве впервые встретились друг с другом. Здесь произошло непосредственное соприкосновение двух научных дисциплин, имевших совершенно независимые пути свое- го исторического развития. Союз геометрии с химией был заключен еще в конце XVIII в. на почве личной дружбы двух великих представителей этих наук — Г. Монжа и К.Л. Бертолле — и оказал свое влияние на развитие химических воззрений. Рис. 1. Примеры различных структур: а — кеплераты Мюллера (молибдаты); б — микрокластеры и супер- кластер NaCd2; в — полиэдры, хиральные упаковки, и их природные аналоги — вирусы ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 2 73 НАУКОВІ ФОРУМИ Значительный сдвиг в основных геометриче- ских воззрениях был сделан Н.И. Лобачевским, который установил, что евклидовы начала гео- метрии не представляются, как думали до сих пор, единственно возможными, а допустимы также и другие роды пространст ва, удовлетво- ряющие другим, неевклидовым условиям. Следующим существенным моментом в ис- тории развития представления о пространстве нужно считать появление знаменитой работы Б. Римана (1856), который показал, что наше пространство есть частный случай более обще- го понятия о многообразии как совокупности объектов или элементов, связанных между со- бою определенной зависимостью. Работа с объектами в n-мерном простран- стве становится все более доступной в струк- турной химии, и благодаря вычислительной технике возможно даже наблюдение динамики формирования структур. Для полиэдрического комплекса, замыкаю- щего трехмерное пространство, число точек (α0), линий (α1) и поверхностей (α2) опреде- ляется по основной топологической формуле Эйлера (1752): α0 – α1 + α2 – 2 = 0. Значительно позднее было найдено соответ- ствующее топологическое правило при изуче- нии свойств линейных комплексов. Наблюдение различных необычных струк- турных состояний наноразмерных частиц, в том числе и частиц-кентавров, указывает на специфику состояния вещества в наношка- ле размеров. Наночастицы, размеры которых лежат в интервале порядка 1—100 нм, уже не являются классическими макроскопическими объектами. Над проблемой перехода от волно- вого микромира к классическому макромиру очень много в свои последние годы размыш- лял академик Б.Б. Кадомцев. Воспользуемся некоторыми его идеями для оценки состояния наноразмерных частиц и способа их описания. Если идти со стороны микромира, то такие состояния описываются уравнением Шредингера и должны включать в себя все более и более крупные частицы. Если идти со стороны классического макромира, то естественно продолжить классическое описа- ние вплоть до самых малых частиц и самых ма- лых размеров; разница между микро- и макро- миром не определена, и ее существование — предмет весьма оживленных дискуссий. Наиболее ярко выразил свое отношение к этой проблеме Э. Шредингер, сформулировав известный мысленный эксперимент с котом при описании измерения процессов β-распада, из которого следует, что мир может быть либо квантовым, либо классическим, а их суперпо- зиция невозможна. Попробуем оценить, где пролегает есте- ственная граница между микро- и макроми- ром. Воспользуемся соотношением Кадомцева ширины b неравновесного волнового пакета: 1 2 , e b mS ⎛ ⎞ ≅ −⎜ ⎟⎝ ⎠ � � где eS� — поток энтропии, m — масса частицы с поперечным размером L. Если масштаб ло- кализации частицы соответствует масштабу ее собственных размеров (b ∼ L), то такая час- тица, очевидно, и находится на границе между микро- и макромиром. Оценим порядок величины L, используя со- отношения m = pL3 и eS� = L2S0. Пусть, напри- мер, плотность p ≈ 5 г/см3 (диоксид циркония) и S0 ∼ 1019 см-2⋅с-1, тогда для L получаем оценку: 1 7 7 0 10L S −⎛ ⎞ − ≈⎜ ⎟ρ⎝ ⎠ � ∼ � см. Порядок величины соответствует размеру наночастицы, поэтому вполне естественно об- ласть между микро- и макромиром называть наномиром (рис. 2). Нобелевская премия 2011 г. по химии была присуждена за открытие квазикристаллов Д. Шехтману, который первым обратил вни- мание на необычную симметрию (5—10) на электронограммах быстрозакаленных сплавов Al—Mn. Данное наблюдение он сделал 8 апре- ля 1982 г. Признание и оценка этого события происходили весьма драматически. Достаточно сказать, что выдающийся структурный химик, лауреат Нобелевской премии Л. Полинг вы- 74 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 2 НАУКОВІ ФОРУМИ ступил с резкой критикой работы. Он получил от Д. Шехтмана рентгенограмму, сделанную в НБС США на излучении CuK2, и обсчитал ее. Была построена модель икосаэдрического двой- никового кубического кристалла MnAl6, кото- рый может давать рефлексы, похожие на ико- саэдрические. Л. Полинг сравнивал данные с электронограммами соединения NaCd2, откры- того им еще в 1922 г. Его структура оказалась настолько сложной, что ее не могли определить больше сорока лет, пока, наконец, С. Самсон не определил ее параметры. Сейчас известно еще несколько многоатомных структур с больши- ми параметрами ячейки, однако окончательная структура была построена нами в 2009 г., исходя из совершенно новых принципов. В заключительной части своей статьи Л. По- линг успокаивал кристаллографическое сооб- щество, утверждая незыблемость основных за- конов классической кристаллографии. Однако реакция ряда авторов (включая авторов от- крытия) была однозначной — модель Полин- га противоречит другим. Экспериментальные данные, полученные на микроскопе высокого разрешения, полевой ионной микроскопии, мессбауэровской спектроскопии и др., доказы- вают наличие реальных осей пятого порядка и существование квазикристаллов с икосаэдри- ческой симметрией. Дж. Мадокс назвал Л. Полинга котом среди голубей — кот умер, а голуби, несмотря на смя- тение, выжили. Письмо А. Маккея в этом же номере журнала Nature существенно расшири- ло структурные возможности, которые могут привести к появлению рефлексов икосаэдри- ческого типа. Особенно важным является ука- зание на возможность существования квази- решеток в n-мерном пространстве, на которую А. Маккей указывал еще в 1981 г. В 1982 г. он опубликовал таблицу, которую назвал «Обла- сти, связанные с обобщенной кристаллографи- ей, — концептуально-ассоциативный подход». Одна из связей, демонстрирующая развитие классической кристаллографии, выглядит так: квазиэквивалентность — локальная симме- трия — пентагональная симметрия — узоры Пенроуза — апериодические кристаллы — фрактальная размерность. Оказывается, что это множество будет ре- шеткой не над кольцом целых чисел z, а над кольцом целых чисел в квадратичном поле Q ( 5). Его можно также рассматривать как настоящую решетку в 6-мерном евклидовом пространстве Е6. Таким образом, правильный икосаэдр, который часто встречается в струк- турной химии, естественным образом приво- дит к 6-мерным eвклидовым решеткам. Также можно описать случай правильного 4-мерного 120-вершинника. Очевидно, что большинство многогранников, заполняющих пространство без щелей и перекрытий, находятся в про- странстве другой мерности. Эти принципиальные и фундаментальные вопросы строения вещества были рассмотре- ны в различных работах, предшествующих от- крытию Д. Шехтмана. В год открытия (1982) была опубликована статья А. Маккея, в кото- рой было показано, что предложенные Р. Пен- роузом покрытия с двумя типами идентичных плиток, являются единственными и неперио- дическими. Они имеют локальную ось пятого порядка, находясь, таким образом, за предела- ми формализма классической кристаллогра- фии и могут быть названы квазирешетками. В более поздней работе, анализируя струк- туру AlMn6, A. Маккей утверждал, что это тек- стура икосаэдрической симметрии, упомяну- тая К. Херманом в 1931 г. Такие же рефлексы были обнаружены еще в шести других сплавах, так что это явление носит общий характер. По- Рис. 2. Шредингеровский кот и частица-кентавр ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 2 75 НАУКОВІ ФОРУМИ крытия Пенроуза — это термин, включающий в себя и статистические, и случайные элемен- ты. Они являются достаточно полными, т.е. не требуют введения любых других элементов, хотя и допускают такую возможность. Квазирешетка Maккея есть ряд точек, каж- дая из которых имеет интегральные индексы по отношению к N-базовым векторам, где N боль- ше, чем размерность пространства. А. Маккей декларировал в этой работе переход от пара- дигмы структурного анализа, основанного на рентгеновских дифракционных партиях, к прямым методам исследований с помощью ме- тодов микроскопии высокого разрешения, где единичная ячейка не должна быть обязательно трансляционно инвариантной. Однако следует сказать, что за несколько лет до Р. Пенроуза, в 1975 г. математик-любитель Р. Амманн открыл покрытия с ромбическими клетками, которые также позволяют получать апериодические структуры. Независимо от него Ф. Бинке получил такой же результат. Наиболее важным в этих работах является то, что существует возможность построить такую структуру (покрытие), которая будет являться плоским срезом 4-мерной решетки (так же как компьютер чертит линию, используя пиксели на своем экране), и затем проецировать ее на плоскость. Следствием этого общего метода является то, что плитки с параллельными ре- брами лежат вдоль линий, называемых поло- сками Амманна. Рассмотрим две электронограммы: одну «классическую», полученную Д. Шехтманом для квазикристалла Al6Mn4, а другую — для сплава Al72Ni20Co8. Структура дифрактограм- мы не имеет трансляционной симметрии, но у нее есть оси симметрии 10-го и 5-го поряд- ков, на что прежде всего обратили внимание. Отчетливо видно, во-первых, что яркие точки удаляются от центра дифрактограммы по ра- диусам с увеличивающимся шагом; во-вторых, внутри каждого правильного пятиугольника на дифрактограмме обнаруживается пятиуголь- ник меньшего размера, внутри которого опять рождается следующий меньший пятиугольник и т.д. Эти особенности дифрактограмм никак Д. Шехтман и В.Я. Шевченко в Институте химии си- ликатов им. И.В. Гребенщикова РАН. Июль 2012 г. не отражаются ни замощениями Пенроуза плоскости и пространства, ни их описанием с помощью икосаэдров. А так как эти особенно- сти проявляются на любой дифрактограмме, то они имеют принципиальное значение для понимания структуры сплавов (рис. 3). Рассмотрено заполнение плоскости пра- вильными многоугольниками с единым цен- тром, увеличивающими свой размер с некото- рым коэффициентом подобия (иерархическое заполнение плоскости). Коэффициент подо- бия зависит только от числа сторон рассматри- ваемого многоугольника. Заполнение плоско- сти происходит с помощью продолжения сто- рон многоугольника предыдущего поколения до их пересечения. Через полученные точки пересечения проходят стороны многоуголь- ника последующего поколения. Длины сторон увеличивающихся многоугольников образуют геометрическую прогрессию. Определены значения коэффициента геоме- трической прогрессии в зависимости от числа сторон многоугольника. При иерархическом заполнении плоскости правильным много- угольником (например, пятиугольником) рас- стояние между вершинами пятиугольников быстро увеличивается. Более реалистические результаты получаются, если заполнить пло- скость сдвоенными многоугольниками. Рассмотрим два правильных выпуклых пя- тиугольника с общим центром, повернутые друг относительно друга на угол 36°. Для 76 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 2 НАУКОВІ ФОРУМИ иерархического заполнения плоскости этим комплексом будем продолжать линии из цен- тра радиуса во внешнюю часть, проходящие че- рез все вершины комплекса, а также все линии, параллельные каждому из этих радиусов, про- ходящих через вершины комплекса. Образует- ся пять совокупностей параллельных линий. При этом параллельные линии одной из сово- купностей естественно пересекают все линии из других совокупностей параллельных линий. В результате образуется совокупность правиль- ных пятиугольников, опирающихся на стороны 10-угольника исходного комплекса, без зазора. Если продолжить стороны полученных пя- тиугольников до пересечения, образуется но- вый слой пятиугольников большего размера, опирающихся на диагонали пятиугольников. Продолжая этот процесс, получим решетку из вершин пятиугольников (рис. 3в). Очевидно, что эта решетка в точности совпадает с диф- рактограммами на рис. 3а, б. Соединяя верши- ны решетки прямыми, получим иерархическое плотное заполнение плоскости правильным пятиугольником. На рис. 3 показано множество подобных пя- тиугольников. Причем, кроме пятиугольников, вложенных друг в друга с коэффициентом по- добия, образуются множества пятиугольников, каждый из которых опирается на диагональ пя- тиугольника меньшего размера. С учетом этого можно показать, что коэффициент подобия в этих множествах пятиугольников равен: 3 5 . 2 + При удалении от центра в пятиугольниках большего размера кроме соосных пятиуголь- ников меньшего размера появляются еще пяти- угольники между центральными пятиугольни- ками и боковыми сторонами пятиугольников больших размеров. В такой системе плотность расположения вершин пятиугольников может увеличиваться в каждой локальной области плоскости в принципе до бесконечности. Следует отметить, что определенные ко- эффициенты подобия не зависят ни от каких внешних параметров и являются фундамен- Рис. 3. Дифрактограммы Al6Mn4 (а), Al72Ni20Co8 (б) и иерархическое плотное заполнение плоскости правильными пятиугольниками (в) ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2014, № 2 77 НАУКОВІ ФОРУМИ тальными числами, характеризующими геоме- трию рассматриваемой структуры. В заключение считаем необходимым приве- сти сводку результатов, полученных за послед- нее десятилетие. Все они сконцентрированы в области нанометровых масштабов и оказались настолько необычными, что позволили гово- рить о существовании наномира — «пятого» состояния вещества. Структурная общность в наносостоянии биологических, органических и неорганичес- ких веществ снимает ограничения на взаимо- действие между ними. Мы назвали это явление конвергенцией, что, в сущности, свидетельст- вует в пользу гипотезы о единой картине про- исхождения вещества, живого или неживого. Важным этапом исследований явилось от- крытие нами в 1999 г. наночастиц-кентавров двуокиси циркония с когерентными граница- ми между различными фрагментами (другого химического состава, структурной ориентации и т.п.). Это приводит к выводу о том, что по- нятие «фазы» в наносостоянии неприменимо. Об аналогичных наблюдениях сообщал нобе- левский лауреат П.-Ж. де Жен. Предложен- ные им биполярные частицы (янус-частицы) вольфрам — золото указывают на локальное взаимодействие атомов (и даже групп атомов) и формирование новых частиц. В своей нобелевской лекции И.Р. Пригожин указал, что даже на основе имеющихся теоре- тических представлений прямой переход от описания процессов (необратимых, разумеет- ся) на макроскопическом уровне к описанию процессов на микроскопическом уровне не- возможен. Открытие кентавров и янусов (хотя янусы скорее макроскопические) указывает на существование нового состояния вещества, промежуточного между макро- и микросостоя- нием. Ранее нами (также впервые) было пока- зано, что частицы в этом состоянии сохраняют квантовые свойства. Впоследствии А. Зелингер (A. Zeilinger) наблюдал дифракцию фуллере- нов, а в университете Дельфта были исследо- ваны кластеры серебра, которые вели себя как отдельные «суператомы». Все это, несомненно, свидетельствует о квантовых свойствах нано- кластеров. Исследования особенностей нано- состояния позволило сделать заключение о его структурном многообразии, так как формиро- вание структуры ограничивается только гео- метрическими законами пространства, и как следствие этого наблюдаются неравновесность, когерентность, фрагментарность, обобщенная симметрия и иерархия. Эти свойства определя- ют локальный характер формирования наноча- стиц, подтверждают концепцию «строительных блоков» — фундаментальных конфигураций и, следовательно, необходимость использования пространства высших размерностей для опи- сания различных наночастиц — двуокиси цир- кония, гигантского кластера Pd561, икосаэдри- ческих кеплератов Мюллера, алмазов, вирусов и т.п. Эти результаты позволили сформулиро- вать геометрические принципы самоорганиза- ции наночастиц и дать определение понятия «наномир». Кстати, этот термин был предло- жен нами впервые в 1999 г. Развивая идею А. Маккея о связи струк- туры и информации, мы оценили возмож- ности использования клеточного автомата в комбинации с фундаментальными конфигу- рациями и показали плодотворность такого подхода к минералам типа паулингита (этот минерал выбран как объект исторического во- проса А. Маккея: «Где гены у паулингита?»). Огромный шаг вперед сделан в теоретических представлениях об образовании интерметал- лидов — предмете исследований таких заме- чательных кристаллохимиков, как С. Самсон, Л. Полинг, Р. Хоффман, С. Андерссон. Кластер NaCd2 содержит в элементарной ячейке более 1200 атомов. Визуализированы структуры бо- лее 1500 различных кластеров. Полученные результаты дают основание определить нано- мир как часть пространства, где формируется химическое вещество. Мы можем теперь указать главную задачу XXI века для химии. Если физики исследуют вопрос о том, как произошла Вселенная, био- логи — как произошла жизнь, то химики долж- ны определить, как произошло вещество (хи- мическое). Место, где оно формируется, мы знаем — это наномир.

Пространства существования химических веществ – наносостояние (пленарный доклад на международной конференции НАНСИС-2013)

Institution

Ähnliche Einträge