Плавленый углерод | Наука e жизнь


Твёрдые вещества при нагревании плавятся и превращаются в жидкости, а жидкости после достижения определённой температуры начинают кипеть и становятся паром. Это правило не всегда работает с веществами, состоящими из больших и сложных молекул – например, у вас вряд ли получится расплавить кусок дерева. Однако, для простых веществ, состоящих из атомов одного химического элемента, обычно доступны все три агрегатных состояния: твёрдое, жидкое и газообразное. Если вещество сильно охладить, оно обязательно затвердеет, если сильно-сильно нагреть – то станет газом, а между этими крайними состояниями будут существовать условия для жидкости. Нн н н land х н land х н land х н land н н land н н land х х land э х land э х land ээ ээ нхх ннх ннх ннх ннх ннх ннх ннх нн нх сх нэ нх нх сх нэ нх нэ сх нэ нэ нэ сэ нэ не нэ сх нэ нн н land эл э э р р н н нth н н land х х land х н land х х land х х land х х land х х land х х land х х land х э €

Несмотря на обилие разных форм существования углерода в твёрдой фазе: а это и графит, и алмаз, и сажа, и различные нанотрубки и фуллерены, – ни один из этих видов твёрдого углерода не получается перевести в стабильную жидкость. Рассчитанные температуры плавления углерода настолько высоки, что ни один из известных материалов не смог бы их выдержать. Учёные, конечно, идут на хитрость, и у них иногда получается на микросекунды расплавить углерод, например, вспышкой лазера или электрическим разрядом, но с изучением свойств жидкого углерода при этом возникают большие трудности.

Но если «пощупать» расплавленный алмаз в реальности пока не очень получается, то это можно сделать хотя бы виртуально – создав компьютерную модель вещества и рассчитав его свойства. Вся загвоздка лишь в том, насколько точными будут эти модели и будут ли рассчитанные свойства хотя бы приближены к реальности. Дело в том, что с помощью очень точных квантово-химических моделей можно описать взаимодействие лишь очень ограниченного числа атомов. А когда мы переходим от считанных атомов к веществу, то соответствующая вычислительная задача становится непосильной даже для современных суперкомпьютеров.

Поэтому в таких расчётах не обойтись без приближений. Один из «рецептов» создания таких приближений заключается в том, чтобы для расчёта взаимодействия между атомами вещества взять простые для вычисления формулы, но с большим набором «подгоночных» коэффициентов. Затем подобрать эти коэффициенты так, чтобы наши более простые формулы для относительно простых объектов хорошо предсказывали результаты, полученные более точными и более «тяжеловесными» расчётами. Тогда, считается, что и для более сложных и больших химических объектов, уже «неподъёмных» для точных вычислений, наши простые формулы дадут более-менее похожий на правду результат. Или не дадут. Что тоже бывает, поэтому существует большое количество как самих формул, так e «тренировочных». И одной из новых тенденций в вычислительной химии стало использование систем машинного обучения для построения таких вот упрощённых химических моделей.

Созданные с помощью машинного обучения приближённые химические модели оказываются весьма точными, а главное, искусственный интеллект может нащупать такие неявные закономерности в мире атомов и молекул, которые были бы совсем неочевидными для «классических» химиков. это открывает окно, пусть пока e виртуальное, в мир необычных e удивительных веществ. Таких, как жидкий углерод.

В недавно вышедшей статье в Carbono учёные из МФТИ, МГТУ им. Í. Э. ИаIмми и ии иа бу ии иит иит иит Exм и ииюююллллааа mundo теллллллллллаааа mundo ты и ирррррззнззззззззfia. Как оказалось, при температурах 5 – 7 тысяч градусов в жидком углероде можно обнаружить цепочки, структурно похожие на молекулы карбина – крайне нестабильную твёрдую фазу углерода, синтезировать которую у химиков получается лишь в очень специфических условиях.

Полученные данные о жидкой фазе углерода важны не только с практической точки зрения, например для поиска новых методов высокотемпературного синтеза углеродных наночастиц, но и для фундаментальной науки: углерод при экстремальных температурах и давлениях – нередкий гость в задачах астрофизики.

По материалам МФТИ.

Source: Автономная некоммерческая организация "Редакция журнала «Наука и жизнь»" by www.nkj.ru.

*The article has been translated based on the content of Автономная некоммерческая организация "Редакция журнала «Наука и жизнь»" by www.nkj.ru. If there is any problem regarding the content, copyright, please leave a report below the article. We will try to process as quickly as possible to protect the rights of the author. Thank you very much!

*We just want readers to access information more quickly and easily with other multilingual content, instead of information only available in a certain language.

*We always respect the copyright of the content of the author and always include the original link of the source article.If the author disagrees, just leave the report below the article, the article will be edited or deleted at the request of the author. Thanks very much! Best regards!