Nije sasvim jasno zašto, ali zahvaljujući timu istraživača iz Kine i Rusije možda imamo novi dio slagalice: stvarno čudan, ionizirani oblik vode nazvan aquodium koji bi mogao postojati duboko u unutrašnjosti ovih ekstremno visokih tlakova čudni, ledeni svjetovi.
Aquodiium se sastoji od normalne molekule vode s dva dodatna protona, što mu daje neto pozitivan naboj koji bi – u dovoljnim količinama – mogao proizvesti planetarno magnetsko polje poput polja Urana i Neptuna.
Planetarna magnetska polja protežu se daleko u svemir oko planeta koje ih proizvode. Oni se, međutim, stvaraju duboko u planetu pomicanjem naboja, iako točan mehanizam može varirati.
Na Zemlji, to je legura željeza i nikla koja prska oko jezgre, rotira, konvektira i provodi električnu energiju, pretvarajući svu tu kinetičku energiju u struju elektrona u onome što se zove dinamo . Za Jupiter i Saturn, znanstvenici misle da je metalni vodik taj koji osigurava protok elektrona.
Zemlja, Jupiter i Saturn imaju relativno uredna magnetska polja koja nalikuju onima ogromnog šipkastog magneta koji se spušta niz rotacijsku os planeta, a njegove linije polja poput kaveza uredno spajaju sjeverni i južni pol.
Nasuprot tome, magnetski polovi Urana i Neptuna nagnuti su za 59 odnosno 47 stupnjeva u odnosu na svoje rotacijske osi, a linije magnetskog polja neprestano se mijenjaju i pomiču. I zapravo nisu usredotočeni na jezgre planeta.
Što je superionsko stanje
Jedno od mogućih objašnjenja je da bi magnetska polja mogla generirati ionski vodljiva tekućina, u kojoj su ioni nositelji naboja, a ne tekućina koja djeluje kao kanal za elektrone.
"Vodik koji okružuje Jupiterovu stjenovitu jezgru u tim uvjetima [visokog tlaka] je tekući metal: može teći, kao što teče rastaljeno željezo u unutrašnjosti Zemlje, a njegova električna vodljivost je zbog slobodnih elektrona koji dijele svi atomi vodika stisnuti zajedno", objašnjava teorijski kemičar, mineralog i fizičar Artem Oganov s Instituta za znanost i tehnologiju Skolkovo u Rusiji.
"U Uranu, mislimo da su sami vodikovi ioni – tj. protoni – slobodni nositelji naboja."
Pitanje je, dakle, koji ioni? Neki, poput amonijaka, očite su mogućnosti. No, mogu li i molekule vode planeta igrati značajniju ulogu u tom procesu?
Predvođen fizičarem Jingyu Houom sa Sveučilišta Nankai u Kini, tim istraživača vratio se prvim principima u kombinaciji s modelima o načinu na koji molekule mogu evoluirati, zalazeći u koncept koji se zove kemijska hibridizacija.
To je kada se orbitalni elementi atoma miješaju ili kombiniraju kako bi stvorili atom koji se može povezati na nove načine. Postoje različite vrste hibridizacije, ali ovdje je relevantna sp 3 hibridizacija, u kojoj četiri orbitale tvore tetraedarski raspored oko središnje jezgre.
Svaka od četiri točke tetraedra ima ili usamljeni elektron koji se može vezati s drugim atomom ili elektronski par koji ne može formirati veze s drugim atomima.
Kisik ima dva pojedinačna elektrona i dva elektronska para u svojoj vanjskoj ljusci. Ako na svaki od dostupnih valentnih elektrona spojite atom vodika, dobit ćete H 2 O – vodu.
Ponekad će se vodik bez svog elektrona – poznat i kao obični stari proton – vezati za jedan od elektronskih parova i formirati molekulu koja se naziva hidronijev ion .
Veza s magnetskim poljima ledenih divova
"Pitanje je bilo: možete li hidronijevom ionu dodati još jedan proton da popunite dio koji nedostaje? Takva konfiguracija u normalnim uvjetima energetski je vrlo nepovoljna, ali naši izračuni pokazuju da postoje dvije stvari koje to mogu učiniti", kaže fizičar Xiao Dong sa Sveučilišta Nankai.
"Prvo, vrlo visok tlak tjera materiju da smanji svoj volumen, a dijeljenje prethodno neiskorištenog elektronskog para kisika s vodikovim ionom (protonom) je zgodan način za to: poput kovalentne veze s vodikom, osim oba elektrona u paru dolaze iz kisika, potrebno vam je puno dostupnih protona, a to znači kiselo okruženje, jer to je ono što kiseline rade – one doniraju protone."
Istraživači su proveli računalno modeliranje i, pod uvjetima sličnim onima za koje se smatra da postoje unutar Urana i Neptuna, to se dogodilo. Na temperaturama od oko 3000 stupnjeva Celzijusa (5430 Fahrenheita) i pritiscima od 1,5 milijuna atmosfera, protoni su se vezali za hidronij i formirali H 4 O 2 – aquodium.
To je još uvijek teoretski, naravno. Bit će potrebna detaljnija promatranja dvaju najudaljenijih planeta kako bi se ta mogućnost dalje istražila; ali otkrića nam daju novi način razumijevanja plavih čudaka koji su Uran i Neptun.
I oni također imaju implikacije na kemiju u cjelini, predstavljajući, pišu istraživači , "važan dodatak tradicionalnim fizikalnim i kemijskim teorijama kao što je model odbijanja para valentne ljuske, prijenos protona i teorija kiselih baza."
Istraživanje je objavljeno u časopisu Physical Review C.
Komentari
Podijelite svoje mišljenje, postavite pitanje ili komentirajte članak.
Ovaj tekst još nije komentiran.
Budite prvi i podijelite svoje mišljenje!