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Se sabe que algunas sustancias existen en diferentes estados sólidos estructuralmente desordenados, un fenómeno conocido como poliamorfismo.
El primer y quizás más célebre ejemplo de comportamiento poliamorfo fue descubierto en el hielo de agua en 1984 por Mishima et al. Se identificaron dos formas diferentes de hielo de agua amorfa, conocidos como helados amorfos de baja densidad y amorfos de alta densidad. Mas tarde, También se observaron fenómenos similares en otros sistemas importantes como Si, SiO 2 , y GeO 2 .
En la física de la materia condensada, el poliamorfismo es un fenómeno muy interesante pero poco conocido.
Recientemente, un equipo de científicos chinos y sus colaboradores en el Instituto de Física del Estado Sólido de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei examinaron el poliamorfismo en la sustancia molecular SO 2 .
Mientras explora la transición de fase en SO denso 2 , encontraron amorfización inducida por presión en SO denso 2 y una transformación estructural reversible inducida por presión entre las formas amorfa molecular y amorfa polimérica de SO 2 . Este trabajo fue publicado en PNAS el 4 de abril 2020.
ASI QUE 2 juega un papel importante en la investigación química y en la física de la Tierra y la atmósfera. Si bien las propiedades de sistemas moleculares sólidos similares como el CO 2 o N 2 a altas presiones se han estudiado ampliamente, más investigación sobre SO denso 2 , especialmente su comportamiento y propiedades, aún queda por hacer.
En este estudio, Los científicos observaron más de cerca esta simple molécula mediante un esfuerzo combinado experimental y computacional que trató de describir algunos fenómenos nuevos e inesperados.
Mediante el uso de técnicas experimentales de espectroscopia Raman y difracción de rayos X a altas presiones, ellos comprimieron SO 2 hasta 60 GPa con una celda de yunque de diamante y exploró las transiciones de fase y las estructuras de SO 2 hasta 60 GPa y a temperaturas que oscilan entre 77-300 K.
A 77 K y menos de 16 GPa, el dióxido de azufre era cristalino. Cuando se comprime a 16 GPa, el dióxido de azufre en la fase cristalina pasó por una amorfización inducida por presión y entró en la fase amorfa del estado molecular. Cuando se comprime aún más por encima de 26 GPa, se produjo una transición de fase de la fase amorfa molecular (azufre de dos coordinaciones) a la fase amorfa polimérica de cadena (azufre de tres coordinaciones).
Los investigadores estudiaron varias rutas de temperatura diferentes y encontraron que la ruta de transición de fase en SO denso 2 procedió de la fase cristalina a la molecular amorfa y luego a la fase polimérica amorfa en todo el intervalo de temperatura de 77-300 K. También descubrieron que la ruta de transición de fase era reversible.
Es más, la presión de amorfización cambia con la temperatura, que van desde 10-16 GPa en el rango de temperatura de 77-300 K.
Para probar sus observaciones, el equipo utilizó simulaciones de dinámica molecular y también se observó el mismo fenómeno. En particular, Se encontró que la forma amorfa polimérica de alta presión consistía principalmente en cadenas poliméricas desordenadas hechas de tres átomos de azufre coordinados conectados a través de átomos de oxígeno, y pocas moléculas intactas residuales.
La transición amorfa molecular a polimérica amorfa identificada en esta investigación también puede sugerir la posible existencia de una transición similar en el estado líquido.
