Подлагайки водорода, най-лекият елемент на Земята, на чудовищно налягане, учени от университета в Единбург са получили изцяло ново състояние на материята: фаза V или почти метален водород.
Подробности за новото научно постижение са публикувани вчера, 7 януари в списание Nature.
За първи път през 30-те години, физиците прогнозираха съществуването на т.нар. атомен твърд метален водород. Когато се охлади до достатъчно ниски температури, водородът (който на обикновено на нашата планета се намира в газово състояние) може да стане твърдо вещество; при достатъчно високи налягания, когато елементът се втвърдява, се превръща в метал. Планетарните учени смятат, че вътрешността на Юпитер се състои главно от метален водород, отбелязва Live Science.
Налягания като в сърцевината на газов гигант
Изследователите от Университета на Единбург, Шотландия, Филип Даладей-Симпсън (Philip Dalladay-Simpson) и неговите колеги Рос Хауи (Ross Howie) и Юджийн Грегорианц (Eugene Gregoryanz) са поставили малко количество водород между две диамантени наковални и са до подложили на налягане от 384 гигапаскала или 3.8 милиона атмосфери. За сравнение, атмосферата на Земята е около 100 килопаскала или 1 атмосфера на морското равнище. На Юпитер налягането на атмосферата достига 200 гигапаскала или 2 млн земни атмосфери на около 16,000 км под облаците и се предполага, че там водород може да е под формата на течен метал.
Водородът е разположен на първа позиция в периодичната таблица на Менделеев и е елемент, който се отличава не само с простия си строеж (ядро от 1 протон с един електрон в обвивката), но и с химическите си възможности. Теоретичните прогнози показват, че течен метален водород може да бъде и при стайна температура свръхпроводник.
При метално състояние на водорода, всички молекули на веществото губят активност, протоните се лишават от електронната си обвивка и се събират в твърда кристална решетка. В състоянието, което са получили шотландските учени, при налягането от 325 гигапаскала, водородът се превръща в твърдо състояние, с атоми, образуващи слоеве, които се редуват подредени и разбъркани модели. Това е първият път, когато някой е видял тази форма на елемента при стайна температура (около 300 градуса по Келвин или около 26° С), заявиха учените.
"Това е много по-високо налягания и много по-висока температура", отколкото при предишни работи, заяви Даладей-Симпсън пред Live Science. Течен водород се създава рутинно в промишлеността при криогенни температури с налягане от порядъка на десетки атмосфери, но никой все още не е охлаждал елемента достатъчно, за да го втвърди, отбеляза Даладей-Симпсън.
Температурата на кипене на всяко вещество има тенденция да се увеличава с налягането и обратно, когато налягането пада. Затова само огромните налягания, генерирани в лаборатория (или във вътрешността на газовите гиганти) могат да накарат водородът да започне да се втечнява и в крайна сметка да се втвърди, когато е некриогенни температури, като тези на повърхността на Земята.
По пътя към металния водород
През 2011 г. екип от учени от Института Макс Планк за химия в Майнц, Германия, заявиха, че са създали метален водород, но това твърдение по-късно бе оборено от други учени и никога не е било напълно потвърдено.
Екипът на Даладей-Симпсън не е постигнал точно метален водород, но е твърде близо - открита е нова фаза водород. Всеки материал има различни фази. Добре познати са ни твърдата, течната и газообразната фази, но има и други, които се появяват при екстремни условия.
Доказателство, че е получена нова форма на водород е начинът, по който дължината на вълната на светлината се променя при наблюдение с лазер. Тези промени говорят за нова структура на материала.
"Този документ не претендира, че сме постигнали метално състояние, но твърди, че сме получили прекурсор за метално състояние поради сходството между това, което наблюдаваме експериментално и това, което се предполага теоретично за твърдия метален водород", каза Хауи, учен от Центъра за високо налягане Science & Technology Research Advanced в Китай.
Изследователите казват, че не са сигурни, че това е метал, защото не могат да го проверят на проводимост, заяви Даладей-Симпсън. Пролуката между диамантените пластини е толкова малка, че не могат да се поберат електроди, за да се тества.
Диамантите се чупят
За да са сигурни, че са получили водород в метално състояние (без изпитване на проводимост), екипът трябва да се постигне още по-високи налягания, най-малко до 400 до 450 гигапаскала.
Такива налягания може да надхвърлят якостта на диамантените наковални, които може да се счупят, коментира Даладей-Симпсън. В бъдещи експериментални серии, екипът се надява да отиде още по-далече в увеличаването на налягането.
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
09.01 2016 в 01:51
Последни коментари