צוות חוקרים בינלאומי גילה משפחה חדשה של חומרים כימיים אלקטרו-שליליים מאוד המכונים היפר-הלוגנים, המורכבים מאבני-בניין של סופר-הלוגנים המצויים מסביב לאטום מתכת. לחומרים כימיים חדשים אלו יוכלו להיות יישומים בתחומי תעשייה רבים.
חוקרים מאוניברסיטת Virginia Commonwealth (ארה”ב), מאוניברסיטת McNeese State University (ארה”ב) ומאוניברסיטת Konstanz (גרמניה) דיווחו על התגלית שלהם בכתב-העת המדעי Angewandte Chemie International Edition.
כלור הוא אחד מהיסודות ממשפחת ההלוגנים, הכוללת גם את היסודות פלואור, ברום ויוד. חומרים אלו ידועים בזכות יכולתם לשמש כחומרי חיטוי וכחומרים המפיגים ריחות, וכן הם משמשים בתהליכים תעשייתיים ורפואיים אחדים. החוקרים טוענים כי החומרים החדשים שלהם, ההיפר-הלוגנים, יוכלו להיות תועלתיים בתעשייה במקרים שבהם נדרשות כמויות גדולות של הלוגנים בחומרי הניקוי או החיטוי.
ההלוגנים ידועים כבעלי תגובתיות גבוהה, וזאת בשל יכולתם לקלוט אלקטרון יחיד ולחבור ליסוד או לתרכובת אחרת. כלור, לדוגמא, חובר בקלות לנתרן לקבלת מלח שולחני. הנתרן נוטה לתרום אלקטרון אחד ואילו הכלור נוטה לקלוט את האלקטרון הזה, כעין שידוך מושלם, לדברי החוקרים.
“הלוגנים צריכים אלקטרון אחד בלבד בכדי להגיע למצב היציב שלהם,” אומרת החוקרת הראשית. “הם הרבה יותר יציבים בתור יון שלילי (אניון) מאשר אטום ניטרלי.” מרגע שאטום ההלוגן קולט אלקטרון אחד והופך לצורון יציב, ליון שלילי, האנרגיה העודפת שלו נמדדת כזיקה האלקטרונית. בטבלה המחזורית של היסודות לכלור יש את הזיקה האלקטרונית הגבוהה ביותר, וערכה 3.6 אלקטרון וולטים (electron volts, or eV). אחד מתחומי המחקר של קבוצת מדענים זו הינו החיפוש אחר דרכים לקבלת משפחות חדשות של חומרים בעלי זיקה אלקטרונית גבוהה.
בשנת 1962 הכימאי האנגלי Neil Bartlett גילה כי פלטינה שש-פלואור מגיבה עם הגז האציל קסנון ליצירת תרכובת חדשה של גז אציל. מדענים הופתעו מאוד מממצא זה מאחר וקסנון נחשב לאחד מהגזים האצילים (היציבים) שכמעט ולא מגיב עם יסודות אחרים. כעשור לאחר-מכן, המדענים הסובייטיים Gennady Gutsev ו- Alexander Boldyrev הראו כי משפחה נרחבת יותר של פרודות בעלות אטום מתכת המשמש כליבה ואשר מסביבו מצויים אטומי הלוגנים, בדומה לפלטינה שש-פלואור, הינן בעלות זיקות אלקטרוניות הגבוהות מזו של כלור. המדענים כינו את הפרודות החדשות הללו “סופר-הלוגנים”.
“לדוגמא, ניתן לקחת אטום נתרן ואטום כלור ליצירת פרודת נתרן כלורי ואז לחבר אליה אטום כלור נוסף. תרכובת זו תנסה לקלוט אלקטרון נוסף בשל נוכחותו של אטום הכלור העודף,” אמרה החוקרת. “כך לפתע, הזיקה האלקטרונית, שהינה המאפיין אחריו אנו תרים, הופכת לגדולה יותר מאשר זו הקיימת באטום הכלור היחיד. היא הופכת לסופר-הלוגן.” לסופר-הלוגנים יש תכונות דומות להלוגנים, משופרות יותר, ציינה החוקרת.
החוקרים שיערו כי ניתן לקבל זיקה אלקטרונית אפילו גבוהה יותר מתוך צבר פרודות או פרודה באמצעות השימוש בסופר-הלוגנים כאבני-בניין, במקום הלוגנים, שימוקמו מסביב לאטום המתכת. המודל התיאורטי נבחן ניסויית והצורונים החדשים, בעלי הזיקות האלקטרוניות הגבוהות יותר, כונו “היפר-הלוגנים.” “השתמשנו בזהב כאטום המתכת ומיקמנו סביבו שתי פרודות של הסופר-הלוגן דו-תחמוצת הבור (boron-dioxide) וקיבלנו היפר-הלוגן בעל זיקה אלקטרונית גבוהה אפילו יותר,” מסבירה החוקרת.
באמצעות הגישה המשולבת של צוות המחקר הבינלאומי המדענים הצליחו לקבל היפר-הלוגן של זהב-בוראט בעל זיקה אלקטרונית של 5.7 eV. הצוות בודק עתה היפר-הלוגן המורכב מארבעה סופר-הלוגנים של דו-תחמוצת הבור והצליח להגיע לזיקה אלקטרונית של 7 eV, כאשר היעד המחקרי שלהם הוא להגיע להיפר-הלוגן עם ערך של 10 eV. היפר-הלוגנים חדשניים אלו יוכלו להוביל לתגליות נוספות של חומרים חדשים, מציינת החוקרת.
