Novo otkriće vodika moglo bi pretvoriti supravodiče sobne temperature u stvarnost

Meissnerov efekt (superprovodljiva magnetska levitacija)

Vodik je posvuda - on čini oko 75% svih materija za koje smo sigurni da znamo. Znanost već dugo zumira atome vodika jer su to dijelovi najjednostavnijeg kemijskog elementa koji nam je poznat. Vodik nam govori puno o najranijim trenucima svemira u kojem živimo, prije nego što se sve počelo zakomplicirati i diskretno.

Jedna od stvari koju smo naučili iz proučavanja vodika jest da se, kad je čvrst, treba ponašati poput alkalnog metala - s jednim slobodnim valentnim elektronom očekujemo da djeluje poput ostalih metala s +1 nabojem. Ali ne možemo postići da se ponaša poput metala. Puno smo toga učinili s vodikom; do sada ga možemo prilično lako ohladiti u tekućinu. Mi smrtnici smo zadirkivali atome vodika u Bose-Einsteinov kondenzat. Ali do sada još uvijek nismo uspjeli učiniti da se ponaša poput metala, bez obzira na to kako ga drobimo ili hladimo.



Što mi imati uspio, od prošlog tjedna, stvoriti nova faza vodika - ne sasvim tekućina, ne baš plin.



Jedan mjesec kruži - i ima faze

Zahvaljujemo fizici kondenzirane materije na faznom dijagramu: grafikonu poput ovog koji prikazuje ponašanje vodika pri različitim tlakovima, volumenima i temperaturama. Sve ostalo ima i fazni dijagram.

Čvrsti fazni prostor - općeniti, trodimenzionalni fazni dijagram tlak-volumen-temperatura



Na primjer, voda je kemijski zanimljiva: ponašanje vodika u vodi znači da postoji desetak različitih vrsta leda, i to ne samo u smislu od trideset riječi za snijeg. Veze koje molekulama vode daju svojstva koja imaju mogu se mijenjati ovisno o tlaku i temperaturi - a to zauzvrat mijenja svojstva same vode.

Voda čini lude stvari. Tko je znao?

Fazni dijagram vode, koji pokazuje kako se ponaša pri različitim pritiscima i temperaturama

Jednostavno nemamo potreban pritisak na našem planetu da bismo vidjeli metalni vodik. Da biste pronašli stvari, morate potražiti jezgre plinskih divova poput Jupitera ili prošlost u prvih nekoliko stotina tisuća godina nakon Velikog praska. To su faze vodika koje ne vidimo u našem prirodnom svijetu. Korištenje gotovo nestlačivih dijamanata za drobljenje atoma vodika zajedno s monumentalnom silom, ipak je jedan od načina na koji možemo početi ponavljati sulude pritiske koji se nalaze unutar Jupitera. Jupiter je relativno pješačko mjesto, ovdje u našem vlastitom umjerenom i klimatskom Sunčevom sustavu. Udobno u krivudavom jednom od spiralnih krakova naše neupadljive galaksije, živimo u bogatom i mirnom vrtlogu, daleko od krajnosti koje vidimo drugdje u našem još uvijek širećem svemiru. No, ne tako daleko u srži Jupitera, uvjeti su prilično ludi.



Pritisak drobljenja unutar Jupitera spojio bi ga u zvijezdu ako je bio mnogo veći. I dalje je prilično vruće, čak i ako nije započelo zvjezdani spoj. Na 'površini' Jupitera, budući da Jupiter ima dobro istaknutu površinu koja nije samo granica između malo različitih gustoća pahuljaste bljuzge plemenitih plinova, temperatura je ugodnih ~ 340K, oko 150F. Međutim, prema jezgri se nalazi gusti plašt metalnog vodika odgovoran za Jupiterovo zapanjujuće magnetsko polje, a visoki tlak u plaštu znači da se atomi vodika moraju spakirati u visoko uređenom stanju. Sve je vruće, a ponašanje sve čudnije, što dalje idete dolje.

Dijagram Jupitera, s Wikipedije

Sve ono što nikada niste znali, željeli ste znati o anatomiji Jupitera

Toplina i visoki tlak jedan su od načina na koji možete stvoriti uvjete za metalni vodik. Ali postoji i drugi način. Niska temperatura i visoki tlakovi praktičniji su ovdje na Zemlji, makar samo zato što je teško sadržavati nekoliko vrlo vrućih atoma vodika kad se tvari mogu difundirati kroz sve ono što pokušate usuti u bocu.

Tri istraživača sa Sveučilišta u Edinburghu koristila su dijamantnu nakovanju da bi primijenila 388 gigaPascala pritiska na neke atome vodika. Ovo je smiješan tlak - veći od tlaka unutar Jupiterovog metalnog plašta vodika. No, znanstvenici su to odlučili na puno hladnijoj temperaturi - 300 Kelvina, što je prilično blizu sobne temperature ovdje na Zemlji.

Dok su birali pritisak, istraživači su vidjeli kako spektroskopski dokazi da veze koje drže elektrone i jezgre vodika počinju nestajati. Visok tlak prisiljava atome da se naguraju i međusobno komuniciraju, a kad se spakiraju dovoljno čvrsto, svojstva stvari počinju se mijenjati. Granice između faznih stanja nisu sve ili ništa; u ekstremnim uvjetima možemo primijetiti djelomične fazne promjene, između stanja u kojima vodik nije skroz tekuć, ali nije ni plinovit, ovisno o tome što pojedinačne čestice zapravo rade.

Budući da su neki znakovi vezivanja još uvijek bili prisutni u Ramanovoj spektroskopiji, tim tvrdi da su pronašli novu fazu vodika koja postoji 'između' tekućine i plina. Nisu svi elektroni oslobođeni svojih jezgri, pa to može predstavljati međufazu u faznom prijelazu plina u tekućinu vodika (kondenzacija iz plina u tekućinu) pri visokom tlaku i niskoj temperaturi. Zovu ga vodik V.

Predloženi fazni dijagram vodika, do 400 gPa

Predloženi fazni dijagram vodika, do 400 gPa. Umetak pokazuje ponašanje deuterija, za koji nije primijećeno da stvara vodik V

Jedna od potencijalnih upotreba metalnog vodika može biti supravodič sobne temperature. Takvi su se supervodiči pokazali nedostižnima u stvarnom svijetu, a pritisak potreban za stvaranje metalnog vodika mogao bi ga staviti izvan našeg dohvata. Trenutno razmišljamo kako bi za stvaranje metalnog vodika na sobnoj temperaturi bilo potrebno približno 400 GPa tlaka. To je ekvivalent od četiri milijuna atmosfera pritiska. Istraživački tim namjerava ponavljati eksperiment pri višim tlakovima sve dok ne stvore metalni vodik ili se dijamantni nakovanj ne razbije.

Copyright © Sva Prava Pridržana | 2007es.com