Международная группа ученых подвергла диоксид серы высоким давлениям и смогла наблюдать обратимый переход из молекулярного аморфного состояния в полимерное аморфное. При давлении около 26 гигапаскалей в широком интервале температур от 77 до 300 кельвин молекулы серы координировали вокруг себя по три атома кислорода, образуя неупорядоченные полимерные цепочки.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Способность вещества существовать в нескольких различных аморфных модификациях называют полиаморфизмом. Аналогично полиморфизму в прозрачных кристаллах он характеризуется наличием у вещества двух и более неупорядоченных форм (либо аморфных, либо жидких), которые бы отличались по структуре, но сохраняли стехиометрию (соотношение атомов). Часто этот феномен сопровождается изменениями в числе координированных атомов и плотности материала.

Переходы между аморфными состояниями происходят под действием температур и давлений, но, в отличие от кристаллических полиморфов, структурные переходы аморфных систем происходят плавнее в силу отсутствия периодичности кристаллической структуры.

Значимые структурные переходы, приводящие к аморфизации наблюдали под давлением молекулярных кристаллов, в которых есть кратные связи. Под давлением и при низких температурах они могут разрываться и образовываться между соседними молекулами, формируя полимерные цепочки. Ученые уже наблюдали подобное поведение у таких молекул как азот, диоксид углерода и бензол.

Диоксид серы играет большую роль во многих технологических, атмосферных и геологических процессах. В отличие от молекулы CO2, центральный атом в которой образует две двойных связи, молекула SO2 изогнута и описывается двумя резонансными структурами с одной одинарной и одной двойной связью.

Хуэйчао Чжан (Huichao Zhang) с коллегами из Научно-технического университета Китая в Хэфэе изучили поведение этого вещества в условиях экстремально высоких давлений до 60 гигапаскалей в широком интервале температур от 77 до 300 кельвин.