Héliure de disodium

Na2He
Identification
Synonymes	composé de disodium et d'hélium[1]
N^o CAS	1562370-74-4[1]
Apparence	probablement transparent en lumière visible[2]
Propriétés chimiques
Formule	HeNa2Na2He
Masse molaire[3]	49,982 141 ± 2,0E−6 g/mol He 8,01 %, Na 91,99 %,
Propriétés physiques
T° fusion	4 593,14 °C ± 300 à 200 GPa (calculé)[4]
Masse volumique	4,60 g·cm^-3 à 200 GPa (calculé)[4]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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L'héliure de disodium est un composé chimique du sodium et de l'hélium, de formule Na₂He. D'abord prédit théoriquement à l'aide du code USPEX[5], ce composé est synthétisé dans une cellule à enclumes de diamant en 2016 et sa découverte annoncée en 2017[2],[6].

Qualifié d'héliure de disodium, Na₂He est en fait un électrure, dont la formule peut être écrite (Na^+)₂He(2e^−) où (2e^−) est un doublet électronique (deux électrons appariés, de spins opposés). Il cristallise dans le système cubique.

Formation

Na₂He peut être formé au-dessus d'une pression de 113 GPa et à une température supérieure à 1 500 K par réaction entre du sodium et de l'hélium :

2 Na + He → Na₂He.

À ces ordres de grandeur de température et de pression, Na₂He se sépare du milieu réactionnel constitué de sodium et d'hélium liquides en cristallisant[2].

Propriétés

Na₂He n'est pas un composé d'inclusion mais un électrure stable à partir de 113 GPa. Parmi les métaux alcalins sans considération du francium, seuls le lithium et le sodium devraient former des électrures avec l'hélium. À haute pression le sodium est le plus réactif de ces métaux et réagit ainsi plus facilement avec l'hélium : aucun composé stable d'hélium et de potassium, rubidium ou césium ne devrait exister en dessous de 1 000 GPa et un de lithium devrait exister uniquement à partir de 780 GPa[2].

Cristallographie

La structure cristalline de Na₂He est analogue à celle de la fluorine CaF₂ (He jouant le rôle de Ca et Na celui de F)[2] :

• la maille conventionnelle est une maille cubique à faces centrées comptant pour 4 mailles élémentaires : (Na^+)₈He₄(2e^−)₄ ;
• les atomes d'hélium sont situés aux sommets du cube et aux milieux des faces[a] ;
• les ions Na^+ sont situés aux sites tétraédriques de l'empilement d'atomes He (c'est-à-dire, décalés d'un quart de diagonale par rapport aux atomes d'hélium)[b] ;
• les doublets électroniques (2e^−) sont situés au centre et aux milieux des arêtes[c].

Notes et références

Notes

1. Un cube ayant 8 sommets (communs chacun à 8 cubes) et 6 faces (communes chacune à 2 cubes), les atomes d'hélium sont bien au nombre de ${\displaystyle \,8\,{\frac {1}{8}}+6\,{\frac {1}{2}}=4\,}$ par maille conventionnelle.
2. Les sites tétraédriques ont pour coordonnées ${\displaystyle \left({\frac {1}{4}}{\text{ ou }}{\frac {3}{4}},{\frac {1}{4}}{\text{ ou }}{\frac {3}{4}},{\frac {1}{4}}{\text{ ou }}{\frac {3}{4}}\right)}$ (en prenant pour unité la longueur a des arêtes) : il y a bien 8 possibilités, autant que d'ions Na^+ dans la maille conventionnelle.
3. Un cube ayant 12 arêtes (communes chacune à 4 cubes), les doublets électroniques sont bien au nombre de ${\displaystyle \,1+12\,{\frac {1}{4}}=4\,}$ par maille conventionnelle.

Références

1. (en) « Helium Sodium Compound - May 1, 2017 », sur cas.org.
2. (en) Xiao Dong, Artem R. Oganov, Alexander F. Goncharov, Elissaios Stavrou, Sergey Lobanov, Gabriele Saleh, Guang-Rui Qian, Qiang Zhu, Carlo Gatti, Volker L. Deringer, Richard Dronskowski, Xiang-Feng Zhou, Vitali B. Prakapenka, Zuzana Konôpková, Ivan A. Popov, Alexander I. Boldyrev et Hui-Tian Wang, « A stable compound of helium and sodium at high pressure », Nature Chemistry, vol. 9, n^o 5,‎ mai 2017, p. 440–445 (ISSN 1755-4349, DOI 10.1038/nchem.2716, lire en ligne, consulté le 2 décembre 2017).
3. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
4. (en) Md Zahidur Rahaman, Md Lokman Ali et Md Atikur Rahman, « Pressure dependent mechanical and thermodynamic properties of newly discovered cubic Na2He », arXiv:1707.02704 [cond-mat],‎ 10 juillet 2017 (lire en ligne, consulté le 2 décembre 2017).
5. (en) « Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography » (consulté le 3 décembre 2017).
6. (en) Maosheng Miao, « Helium Chemistry: React with nobility », Nature Chemistry, vol. 9, n^o 5,‎ mai 2017, p. 409–410 (ISSN 1755-4349, DOI 10.1038/nchem.2768, lire en ligne, consulté le 2 décembre 2017).

Voir aussi

• LiHe