Tesadüfen Keşfedilen Eşi Görülmemiş Altın Bileşiği
SLAC bilim insanları, zorlu laboratuvar koşullarında altın hidrit ürettiler. Bu çalışma, yoğun hidrojen ve füzyon süreçlerine ışık tutuyor.
Tesadüfen ve ilk kez, ABD Enerji Bakanlığı’nın SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki bilim insanlarının liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi, yalnızca altın ve hidrojen atomlarından oluşan bir bileşik olan katı ikili altın hidrit üretmeyi başardı.
Ekip, başlangıçta karbon ve hidrojenden oluşan hidrokarbon moleküllerinin aşırı basınç ve ısı altında nasıl elmasa dönüştüğünü araştırmak için yola çıkmıştı. Almanya’daki Avrupa XFEL (X-ışını Serbest Elektron Lazeri) deneyleri sırasında, hidrokarbon numunelerini yalnızca X ışınlarını emmesi ve nispeten zayıf emen hidrokarbonlara ısı aktarması amaçlanan ince bir altın folyo tabakasıyla kapladılar. Beklenmedik bir şekilde, elmas oluşumunun yanı sıra altın hidrit oluşumunu da gözlemlediler.
SLAC’de görevli bilim insanı ve çalışmanın başyazarı Mungo Frost, “Bu beklenmedik bir durumdu çünkü altın genellikle kimyasal olarak çok sıkıcı ve tepkimeye girmeyen bir maddedir; bu yüzden bu deneylerde onu bir X ışını emici olarak kullanıyoruz,” diye açıkladı. “Bu sonuçlar, sıcaklık ve basıncın etkilerinin geleneksel kimyayla rekabet etmeye başladığı aşırı koşullarda keşfedilebilecek potansiyel olarak birçok yeni kimya olduğunu ve bu sıra dışı bileşiklerin oluşabileceğini gösteriyor.”
Angewandte Chemie International Edition’da yayımlanan bulgular, gezegenlerin derinliklerinde veya hidrojen füzyonlu yıldızlarda bulunanlar gibi aşırı ortamlarda kimyasal davranışın ne kadar çarpıcı biçimde değişebileceğini gösteriyor.
Yoğun Hidrojen Çalışması
Bu sonuçlara ulaşmak için araştırmacılar, hidrokarbon örneklerini bir elmas örs hücresi kullanarak Dünya mantosunun içindeki basınçları aşan basınçlara sıkıştırdılar. Daha sonra örnekleri, Avrupa XFEL’inden gelen X-ışını darbelerinin patlamalarına maruz bırakarak 3.500 Fahrenheit derecenin üzerine ısıttılar. Ekip, X-ışınlarının örneklerden nasıl saçıldığını analiz ederek, meydana gelen yapısal değişiklikleri izledi.
Beklendiği gibi, veriler karbon atomlarının bir elmas kafes şeklinde düzenlendiğini doğruladı. Ancak, beklenmedik sinyaller de ortaya çıkardılar: hidrojen atomları altın folyo ile reaksiyona girerek altın hidrit oluşturmuştu.
Deneyde oluşturulan koşullarda hidrojen, hidrojen atomlarının sert altın kafes içinde serbestçe hareket ettiği yoğun, “süperiyonik” bir durumda bulunuyordu. Bu davranış, altın hidritin iletkenliğini artırarak, malzemelerin aşırı basınç ve sıcaklıklar altındaki davranışlarına yeni bir bakış açısı sundu.
Gezegenlerin kalbindeki veya patlayan yıldızlardaki gibi aşırı koşullar altında, malzemeler benzersiz özelliklere sahip başka egzotik evrelere girebilir. SLAC’ta araştırmacılar, şimdiye kadar yaratılmış en aşırı ve egzotik madde formlarından bazılarını, daha önce hiç mümkün olmayan ayrıntılarla inceliyorlar. Kaynak: SLAC Ulusal Hızlandırıcı Gözlemevi
Periyodik tablonun en hafif elementi olan hidrojen, X-ışınlarını çok zayıf bir şekilde dağıttığı için X-ışınlarıyla incelenmesi zor bir elementtir. Ancak burada, süperiyonik hidrojen çok daha ağır altın atomlarıyla etkileşime girdi ve ekip, hidrojenin altın kafesin X-ışınlarını nasıl dağıttığı üzerindeki etkisini gözlemleyebildi. Mungo, “Altın kafesi, hidrojenin ne yaptığına dair bir tanık olarak kullanabiliriz,” dedi.
Altın hidrit, deneysel olarak doğrudan erişilemeyen diğer durumlara da uygulanabilecek koşullar altında yoğun atomik hidrojeni incelemek için bir yol sunuyor. Örneğin, yoğun hidrojen bazı gezegenlerin iç kısımlarını oluşturur, bu nedenle laboratuvarda incelemek bize bu yabancı dünyalar hakkında daha fazla bilgi verebilir. Ayrıca, Güneşimiz gibi yıldızların içindeki nükleer füzyon süreçleri hakkında yeni bilgiler sağlayabilir ve Dünya’da füzyon enerjisinden yararlanmak için teknoloji geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Yeni kimyayı keşfetmek
Araştırma, yoğun hidrojen çalışmalarının önünü açmanın yanı sıra, yeni kimyayı keşfetmek için de bir yol sunuyor. Genellikle tepkimeye girmeyen bir metal olarak kabul edilen altının, son derece yüksek basınç ve sıcaklıkta kararlı bir hidrit oluşturduğu bulundu. Aslında, yalnızca bu aşırı koşullarda kararlı görünüyor çünkü soğuduğunda altın ve hidrojen ayrışıyor. Simülasyonlar ayrıca, daha yüksek basınçta altın kafesine daha fazla hidrojen sığabileceğini de gösterdi.
Simülasyon çerçevesi altın hidritin ötesine de genişletilebilir. SLAC’de Yüksek Enerji Yoğunluğu Bölümü direktörü ve foton bilimi profesörü ve çalışmanın baş araştırmacısı olan Siegfried Glenzer, “Bu durumları bu aşırı koşullar altında deneysel olarak üretip modelleyebilmemiz önemli,” dedi. “Bu simülasyon araçları, aşırı koşullarda diğer egzotik malzeme özelliklerini modellemek için de kullanılabilir.”
Kaynak: https://scitechdaily.com