Previsão de moléculas estáveis ​​de fluoreto de radônio e otimização de geometria usando primeiro

Sep 29, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2898 (2023) Citar este artigo

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Os gases nobres possuem reatividade extremamente baixa porque suas camadas de valência são fechadas. No entanto, estudos anteriores sugeriram que esses gases podem formar moléculas quando se combinam com outros elementos com alta afinidade eletrônica, como o flúor. O radônio é um gás nobre radioativo de ocorrência natural, e a formação de moléculas de radônio-flúor é de interesse significativo devido à sua potencial aplicação em tecnologias futuras que abordam a radioatividade ambiental. No entanto, como todos os isótopos do radônio são radioativos e a meia-vida mais longa do radônio é de apenas 3,82 dias, os experimentos com a química do radônio têm sido limitados. Aqui, estudamos a formação de moléculas de radônio usando cálculos de primeiros princípios; além disso, possíveis composições de fluoretos de radônio são previstas usando uma abordagem de previsão de estrutura cristalina. Semelhante aos fluoretos de xenônio, di-, tetra- e hexafluoretos são estabilizados. Cálculos de cluster acoplado revelam que RnF6 se estabiliza com simetria de ponto Oh, ao contrário de XeF6 com simetria C3v. Além disso, fornecemos os espectros vibracionais de nossos fluoretos de radônio previstos como referência. A estabilidade molecular do di-, tetra- e hexafluoreto de radônio obtida por meio de cálculos pode levar a avanços na química do radônio.

Um gás nobre com uma camada externa totalmente preenchida não é reativo. Quando o argônio foi descoberto pela primeira vez, os químicos descobriram que ele não era reativo com os outros elementos da tabela periódica, e os gases nobres eram geralmente considerados não reativos. Na década de 1930, Pauling1 previu que o xenônio (Xe) seria capaz de formar compostos com o flúor. Em experimentos relacionados, eles conseguiram apenas corroer as paredes de um frasco de quartzo e desconheciam a presença de novos compostos nele2. Após várias tentativas, o xenônio e o flúor reagiram prontamente e formaram o sólido XeF4, que é estável mesmo em temperatura ambiente3. As estruturas de difluoreto de xenônio (XeF2) e tetrafluoreto de xenônio (XeF4) foram identificadas por meio de seus espectros vibracionais4. No entanto, a estrutura do hexafluoreto de xenônio (XeF6) é controversa em relação à estereoatividade dos pares de elétrons de valência isolados5. Evidências experimentais obtidas usando difração de elétrons6 e espectroscopia vibracional7 sugerem que XeF6 forma uma simetria octaédrica distorcida8.

Radon (Rn) é um gás nobre como o Xe; é um material radioativo de ocorrência natural (NORM) encontrado no ambiente subterrâneo. Possui alta densidade (9,73 g/L em temperatura e pressão padrão) e solubilidade (230 cm3/L a 20 °C)9 entre os gases nobres. Quando o Rn gasoso é inalado, ele emite raios alfa diretamente ou se decompõe em radionuclídeos filhos, que podem causar câncer de pulmão10. Além disso, devido à sua meia-vida curta (apenas 3,82 d), os experimentos e estudos envolvendo o radônio foram limitados até agora. Gases nobres pesados, como Xe e Rn, são elementos raros e gases altamente radioativos; portanto, eles apresentam vários desafios para pesquisadores experimentais. O difluoreto de radônio (RnF2) foi sintetizado por Fields11; formou RnF2 não volátil quando exposto ao flúor e aquecido a 400 °C. RnF2 é atualmente a única molécula de radônio conhecida. Devido aos requisitos de alta temperatura e pressão, obter uma amostra sólida completa de RnF2 em um ambiente natural é um desafio.

Estudos computacionais baseados na teoria do funcional da densidade (DFT) de primeiros princípios são considerados uma alternativa prática para o estudo desses gases, uma vez que o DFT tem sido aplicado com sucesso para a análise detalhada de um grande número de materiais. A abordagem DFT pode ser usada para fornecer previsões qualitativas de características geométricas e determinar várias propriedades químicas e físicas. No entanto, estudos computacionais baseados em primeiros princípios sobre interações de átomos de Rn com ambientes (por exemplo, complexo Rn·H2O)12 ou formação de moléculas de Rn são muito raros.