Τυχαία και για πρώτη φορά, μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Ακτινοβολίας SLAC του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ δημιούργησε στερεό δυαδικό υδρίδιο χρυσού, μια ένωση που αποτελείται αποκλειστικά από άτομα χρυσού και υδρογόνου.
Οι ερευνητές μελετούσαν πόσος χρόνος χρειάζεται ώστε οι υδρογονάνθρακες, ενώσεις που αποτελούνται από άνθρακα και υδρογόνο, να σχηματίσουν διαμάντια υπό συνθήκες εξαιρετικά υψηλής πίεσης και θερμότητας.
Στα πειράματά τους, που πραγματοποιήθηκαν στο European XFEL (X-ray Free-Electron Laser) στη Γερμανία, η ομάδα εξέτασε την επίδραση αυτών των ακραίων συνθηκών σε δείγματα υδρογονανθράκων με ενσωματωμένο φύλλο χρυσού, το οποίο είχε σκοπό να απορροφήσει τις ακτίνες Χ και να θερμάνει τους υδρογονάνθρακες, που από μόνοι τους δεν απορροφούν εύκολα την ακτινοβολία.
Προς έκπληξή τους, όχι μόνο παρατήρησαν το σχηματισμό διαμαντιών, αλλά επίσης ανακάλυψαν το σχηματισμό υδριδίου χρυσού.
«Ήταν απροσδόκητο γιατί ο χρυσός συνήθως είναι χημικά πολύ αδρανής και μη αντιδραστικός—γι’ αυτό τον χρησιμοποιούμε ως απορροφητή ακτίνων Χ σε αυτά τα πειράματα», δήλωσε ο Mungo Frost, επιστημονικός συνεργάτης στο SLAC και επικεφαλής της μελέτης.
«Τα αποτελέσματα αυτά υποδεικνύουν ότι υπάρχει πιθανώς ένας τεράστιος νέος κόσμος χημείας που μπορεί να ανακαλυφθεί υπό ακραίες συνθήκες, όπου οι επιδράσεις της θερμοκρασίας και της πίεσης αρχίζουν να ανταγωνίζονται τη συμβατική χημεία, επιτρέποντας τον σχηματισμό τέτοιων εξωτικών ενώσεων».
Τα αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν στο Angewandte Chemie International Edition, προσφέρουν μια εικόνα στο πώς οι νόμοι της χημείας αλλάζουν κάτω από ακραίες συνθήκες, όπως αυτές που επικρατούν στο εσωτερικό ορισμένων πλανητών ή άστρων που παράγουν ενέργεια μέσω σύντηξης υδρογόνου.
Μελετώντας το πυκνό υδρογόνο
Στο πείραμά τους, οι ερευνητές αρχικά συμπίεσαν τα δείγματα υδρογονανθράκων σε πιέσεις μεγαλύτερες από εκείνες που επικρατούν στον μανδύα της Γης, χρησιμοποιώντας μια διάταξη πίεσης με διαμαντένιες άκρες (diamond anvil cell).
Στη συνέχεια, θέρμαναν τα δείγματα σε πάνω από 3.500 βαθμούς Φαρενάιτ (1.927 βαθμούς Κελσίου), χτυπώντας τα επανειλημμένα με παλμούς ακτίνων Χ από το Ευρωπαϊκό XFEL.
Η ομάδα κατέγραψε και ανέλυσε πώς οι ακτίνες Χ διασκορπίστηκαν από τα δείγματα, γεγονός που τους επέτρεψε να διακρίνουν τους δομικούς μετασχηματισμούς στο εσωτερικό τους.
Όπως αναμενόταν, τα καταγεγραμμένα μοτίβα σκέδασης έδειξαν ότι τα άτομα άνθρακα είχαν σχηματίσει δομή διαμαντιού. Ωστόσο, η ομάδα παρατήρησε και απρόσμενα σήματα, τα οποία οφείλονταν σε αντιδράσεις των ατόμων υδρογόνου με το φύλλο χρυσού, σχηματίζοντας υδρίδιο χρυσού.
Στις ακραίες συνθήκες του πειράματος, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι το υδρογόνο βρισκόταν σε μια πυκνή, «υπεριοντική» κατάσταση, όπου τα άτομα του υδρογόνου κινούνταν ελεύθερα μέσα στο άκαμπτο ατομικό πλέγμα του χρυσού, αυξάνοντας την αγωγιμότητα του υδριδίου χρυσού.
Το υδρογόνο, που είναι το ελαφρύτερο στοιχείο στον περιοδικό πίνακα, είναι δύσκολο να μελετηθεί με ακτίνες Χ επειδή διαχέει τις ακτίνες πολύ αδύναμα. Ωστόσο, εδώ, το υπεριοντικό υδρογόνο αλληλεπίδρασε με τα πολύ βαρύτερα άτομα του χρυσού, και η ομάδα μπόρεσε να παρατηρήσει την επίδραση του υδρογόνου στον τρόπο με τον οποίο το πλέγμα του χρυσού διαχέει τις ακτίνες Χ.
«Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το πλέγμα του χρυσού ως μάρτυρα για το τι κάνει το υδρογόνο», είπε ο Mungo.
Το υδρίδιο χρυσού προσφέρει έναν τρόπο μελέτης του πυκνού ατομικού υδρογόνου υπό συνθήκες που μπορεί να ισχύουν και για άλλες καταστάσεις που πειραματικά δεν είναι άμεσα προσβάσιμες.
Για παράδειγμα, το πυκνό υδρογόνο αποτελεί το εσωτερικό ορισμένων πλανητών, οπότε η μελέτη του στο εργαστήριο θα μπορούσε να μας διδάξει περισσότερα για αυτούς τους άγνωστους κόσμους.
Θα μπορούσε επίσης να προσφέρει νέες γνώσεις για τις διαδικασίες πυρηνικής σύντηξης μέσα σε αστέρες όπως ο ήλιος μας και να βοηθήσει στην ανάπτυξη τεχνολογίας για την εκμετάλλευση της ενέργειας σύντηξης στη Γη.
Εξερευνώντας τη νέα χημεία
Εκτός από το άνοιγμα του δρόμου για μελέτες του πυκνού υδρογόνου, η έρευνα προσφέρει επίσης μια οδό για την εξερεύνηση νέας χημείας. Ο χρυσός, ο οποίος συνήθως θεωρείται ως ένα μη δραστικό μέταλλο, διαπιστώθηκε ότι σχηματίζει ένα σταθερό υδρίδιο υπό εξαιρετικά υψηλή πίεση και θερμοκρασία.
Στην πραγματικότητα, φαίνεται ότι είναι σταθερό μόνο υπό αυτές τις ακραίες συνθήκες, καθώς όταν ψύχεται, ο χρυσός και το υδρογόνο διαχωρίζονται.
Το πλαίσιο προσομοιώσεων μπορεί επίσης να επεκταθεί πέρα από το υδρίδιο του χρυσού. «Είναι σημαντικό ότι μπορούμε πειραματικά να παράγουμε και να μοντελοποιούμε αυτές τις καταστάσεις υπό αυτές τις ακραίες συνθήκες», είπε ο Σίγκφριντ Γκλένζερ, διευθυντής του τμήματος Υψηλής Ενεργειακής Πυκνότητας και καθηγητής επιστήμης φωτονίων στο SLAC, καθώς και κύριος ερευνητής της μελέτης.
«Αυτά τα εργαλεία προσομοίωσης θα μπορούσαν να εφαρμοστούν για να μοντελοποιήσουν άλλες εξωτικές ιδιότητες υλικών υπό ακραίες συνθήκες.»
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου
Ο ΠΑΡΛΑΠΙΠΑΣ δεν παίρνει θέση με πολιτική άποψη σε άρθρα που αναδημοσιεύονται από διαφορά ιστολόγια. Δημοσιεύονται όλα για την δίκη σας ενημέρωση.
Σημείωση: Μόνο ένα μέλος αυτού του ιστολογίου μπορεί να αναρτήσει σχόλιο.