Skupina znanstvenikov pod vodstvom ameriškega Nacionalnega pospeševalnega laboratorija SLAC je med raziskovanjem popolnoma drugega pojava po naključju naletela na izjemno zanimivo odkritje – nastanek zlatega hidrida, trdne spojine, sestavljene izključno iz atomov zlata in vodika. To je prvič, da je takšna spojina nastala v laboratoriju in jo je bilo mogoče tudi podrobneje analizirati.
Sprva je ekipa raziskovalcev poskušala izvedeti, kako hitro lahko ogljikovodiki, spojine iz ogljika in vodika, pod izjemnimi pritiski in visokimi temperaturami tvorijo diamante. V ta namen so uporabili evropski rentgenski laser XFEL v Nemčiji in vzorce ogljikovodikov, obdane z zlato folijo, izpostavili vročini in pritisku.
Zlato naj bi v tem primeru služilo zgolj kot pasivni prevodnik toplote, a narava je imela drugačne načrte. Znanstveniki so poleg diamantov opazili tudi nepričakovano tvorbo nove spojine – zlatega hidrida.
“To nas je precej presenetilo, saj je zlato v običajnih pogojih precej ‘dolgočasna’ kovina in ne reagira prav z ničemer – ravno zato ga pogosto uporabljamo v eksperimentih kot stabilno ozadje,” je pojasnil Mungo Frost, vodja raziskave pri SLAC.
Ko kemijska pravila odpovejo
Zdi se, da v ekstremnih pogojih, kjer tlak in temperatura presegata tiste v notranjosti Zemlje, zlato in vodik tvorita eksotično spojino, ki se obnaša precej drugače kot običajne snovi. Vodik v teh pogojih preide v tako imenovano superionsko stanje, kar pomeni, da se njegovi atomi gibljejo znotraj toge mreže zlata in s tem povečajo prevodnost nastalega materiala.
Takšnega vodika ni mogoče enostavno opazovati z rentgenskimi žarki, ker je prelahek, a v kombinaciji z zlatom postane njegova prisotnost opazna. “Zlato v tem primeru deluje kot neke vrste priča, ki nam pove, kaj se dogaja z vodikom,” je dodal Frost.
Uporabnost za raziskovanje vesolja in fuzije
Raziskava ni zanimiva zgolj s kemijskega vidika. Zlati hidrid bi namreč lahko ponudil nov način za preučevanje gostega vodika – ključne sestavine notranjosti planetov, kot sta Jupiter ali Saturn, ter zvezd, vključno z našim Soncem.
Če znanstveniki bolje razumejo, kako se vodik obnaša v izjemnih razmerah, lahko izboljšajo tudi tehnologijo jedrske fuzije, ki obljublja skoraj neomejen vir čiste energije.
Tudi Siegfried Glenzer, direktor oddelka za visoko gostoto energije pri SLAC, je izpostavil pomen takšnih poskusov: “Zelo pomembno je, da lahko danes te eksotične pogoje ustvarimo v laboratoriju. Tako lahko preizkusimo in potrdimo tudi računalniške simulacije za druge nenavadne materiale.”
Čeprav se zlati hidrid hitro razgradi, ko pogoji niso več ekstremni, so računalniški modeli pokazali, da bi se ob še višjih pritiskih v zlato lahko shranilo še več vodika, kar bi odprlo vrata še bolj eksotičnim materialom. Takšne simulacije, pravijo znanstveniki iz SLAC-a, bi lahko uporabili tudi pri raziskavah drugih spojin, ki jih danes še ne poznamo.
Od raziskave diamantov do novega poglavja v kemiji – vse to po zaslugi eksperimenta, kjer je glavno vlogo sprva igralo zlato zgolj kot pasivna folija. Včasih se zgodi, da znanost resnično preseneti – in to dobesedno po nesreči.
Na podlagi rezultatov raziskave, ki jo je izvedel SLAC (Nacionalni pospeševalni laboratorij pri ameriškem ministrstvu za energijo), in je bila objavljena v znanstveni reviji Angewandte Chemie International Edition.
Foto: Vecteezy
