GREG STEWART/SLAC NATIONAL ACCELERATOR LABORATORY
MADRID, 6 ago. (EUROPA PRESS) -
Coincidentemente, e pela primeira vez, os cientistas formaram um hidreto de ouro binário sólido, um composto composto exclusivamente de átomos de ouro e hidrogênio.
A descoberta pode abrir caminho para o estudo de materiais em condições extremas, como as encontradas no interior de certos planetas e estrelas em processo de fusão nuclear.
Os pesquisadores, liderados pelo SLAC National Accelerator Laboratory, nos EUA, estavam estudando o tempo que os hidrocarbonetos, compostos de carbono e hidrogênio, levam para formar diamantes sob pressão e calor extremamente altos.
Em seus experimentos no European XFEL (laser de elétrons livres de raios X) na Alemanha, a equipe estudou o efeito dessas condições extremas em amostras de hidrocarbonetos com uma folha de ouro embutida, projetada para absorver os raios X e aquecer os hidrocarbonetos de baixa absorção. Para sua surpresa, eles não apenas observaram a formação de diamantes, mas também descobriram a formação de hidreto de ouro.
"Isso foi inesperado, pois o ouro geralmente é quimicamente muito monótono e não reativo, por isso o usamos como um absorvedor de raios X nesses experimentos", disse Mungo Frost, cientista do SLAC que liderou o estudo, em um comunicado.
Esses resultados sugerem que existe o potencial de descobrir uma grande quantidade de novos produtos químicos em condições extremas, onde os efeitos da temperatura e da pressão começam a competir com a química convencional, permitindo a formação desses compostos exóticos.
Os resultados, publicados na Angewandte Chemie International Edition, oferecem uma visão de como as regras da química mudam em condições extremas, como as encontradas dentro de certos planetas ou estrelas que fundem hidrogênio.
Em seu experimento, os pesquisadores primeiro submeteram amostras de hidrocarbonetos a pressões acima das do manto da Terra usando uma célula de bigorna de diamante. Em seguida, eles aqueceram as amostras a mais de 1.770 °C, atingindo-as repetidamente com pulsos de raios X do XFEL europeu.
A equipe registrou e analisou como os raios X foram espalhados pelas amostras, o que lhes permitiu determinar as transformações estruturais internas.
Como esperado, os padrões de dispersão registrados mostraram que os átomos de carbono haviam formado uma estrutura de diamante. No entanto, a equipe também observou sinais inesperados devido à reação dos átomos de hidrogênio com a folha de ouro para formar hidreto de ouro. Nas condições extremas criadas no estudo, os pesquisadores descobriram que o hidrogênio estava em um estado denso e "superiônico", em que os átomos de hidrogênio fluíam livremente pela estrutura atômica rígida do ouro, aumentando a condutividade do hidreto de ouro.
O hidrogênio, o elemento mais leve da tabela periódica, é difícil de ser estudado com raios X porque ele dispersa os raios X fracamente. No entanto, nesse caso, o hidrogênio superiônico interagiu com os átomos de ouro, muito mais pesados, e a equipe conseguiu observar o impacto do hidrogênio na forma como a estrutura de ouro dispersava os raios X.
"Podemos usar a rede de ouro como testemunha do que o hidrogênio faz", disse Mungo.
O hidreto de ouro oferece uma maneira de estudar o hidrogênio atômico denso em condições que também podem ser aplicadas a outras situações que não são diretamente acessíveis por experimentos. Por exemplo, o hidrogênio denso compõe o interior de certos planetas, portanto, estudá-lo em laboratório poderia nos ensinar mais sobre esses mundos alienígenas.
Ele também poderia fornecer novas percepções sobre os processos de fusão nuclear em estrelas como o nosso Sol e ajudar no desenvolvimento de tecnologia para aproveitar a energia de fusão aqui na Terra.
Além de estabelecer as bases para estudos de hidrogênio denso, a pesquisa também oferece um caminho para explorar novas propriedades químicas. Descobriu-se que o ouro, normalmente considerado um metal não reativo, forma um hidreto estável a pressões e temperaturas extremamente altas.
QUANDO RESFRIADOS, ELES SE SEPARAM
Na verdade, ele parece ser estável somente nessas condições extremas, pois, ao ser resfriado, o ouro e o hidrogênio se separam. As simulações também mostraram que mais hidrogênio poderia se encaixar na estrutura do ouro em pressões mais altas.
A estrutura da simulação também pode ser estendida para além do hidreto de ouro.
"É importante que possamos produzir e modelar experimentalmente esses estados sob essas condições extremas", disse Siegfried Glenzer, diretor da Divisão de Alta Densidade de Energia e professor de ciência fotônica no SLAC, e principal pesquisador do estudo. "Essas ferramentas de simulação poderiam ser aplicadas para modelar outras propriedades de materiais exóticos em condições extremas.
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