Kisel, en halvmetall, binder i sin naturliga form med fyra andra element och dess tredimensionella struktur har formen av en tetraeder. Under en lång tid, det verkade omöjligt att uppnå syntesen och karaktäriseringen av en tvådimensionell motsvarighet – geometriskt sett, en ruta. Nu har forskare från området oorganisk kemi vid Heidelbergs universitet lyckats framställa ett kristallint komplex med en sådan konfiguration. PD Dr. Lutz Greb från Institute of Inorganic Chemistry understryker att det har överraskande fysikaliska och kemiska egenskaper och, inom området molekylär kemi, kommer att öppna upp nya metoder för att använda det näst vanligaste grundämnet i jordskorpan för katalys och materialforskning.

Som en klassisk halvmetall, kisel har egenskaper av både metaller och icke-metaller, och tillhör kolgruppen i det periodiska systemet. Som kol, kiselbindningar med fyra element. Dess tredimensionella struktur motsvarar då en tetraeder, en kropp med fyra sidor. På grund av den höga stabiliteten hos en tetraeder, andra strukturer är inte kända i naturligt kisel med fyra bindningar – kisel(IV) förkortat. Rent geometriskt sett, den tvådimensionella motsvarigheten till en tetraeder är en kvadrat. Dessa konfigurationer är redan kända för kol men, enligt Dr. Greb, en kvadratisk plan struktur har ännu inte producerats inom området för kisel(IV)-kemi, även efter över 40 år av intensivt arbete.

Dr. Grebs arbetsgrupp har för första gången lyckats syntetisera och helt karakterisera en kvadratisk planar kisel(IV)-art. Det var möjligt att visa detta med hjälp av röntgenkristallografi. Forskarna odlade en monokristall som de bestrålade med en finfokuserad stråle av röntgenstrålar. Röntgenstrålningens diffraktion när de möter monokristallens atomer ledde till ett omisskännligt mönster från vilket det är möjligt att beräkna atomkärnornas position. Denna mätning gjorde det möjligt för forskarna att visa att de hade att göra med molekyler med kvadratiskt plan kisel(IV). Ytterligare studier med spektroskopiska metoder stödde denna konfiguration. Den visar fysikaliska och kemiska egenskaper som forskarna inte förväntade sig, t.ex. färg i en naturligt färglös klass av ämnen.

"Att syntetisera denna konfiguration från de komponenter vi valde är jämförelsevis enkelt när du väl har förstått nyckelvillkoren, " förklarar Dr Fabian Ebner, som under tiden är postdoktor vid Institutet för oorganisk kemi. Det förvånade forskarna, dock, att den kvadratiska plana kisel(IV)-molekylen utgör en stabil, isolerbar förening alls. "På grund av den höga reaktiviteten, det finns många tänkbara sätt att sönderfalla. Fortfarande, vi har alltid trott att det är möjligt att isolera denna förening, " understryker Dr. Greb.

Lutz Greb fick ett Starting Grant från European Research Council (ERC) för sin forskning inom området strukturellt begränsade huvudgruppselement. Stiftelsen för tyskt näringsliv stödde Fabian Ebners arbete. Forskningsresultaten publicerades i tidskriften Chem .