L’hydrogène, le plus simple des éléments, est un gaz, du moins au typique des températures et des pressions trouvé ici sur Terre. Mais de nombreux scientifiques croient qu’il, il pourrait exister dans le métal liquide se forme dans les noyaux des planètes géantes gazeuses comme Jupiter, et les physiciens ont été à la chasse pour un solide, la phase métallique pour les 80 dernières années.
Maintenant, une équipe Écossaise physiciens bof l’Université d’Édimbourg pense avoir repéré une nouvelle phase qui peut être le précurseur d’un véritable phase solide de l’hydrogène métallique. Ils ont décrit leurs résultats dans un article publié cette semaine dans la revue Nature.
Toute substance a un moment précis où la pression ou la température est juste pour provoquer le passage d’un état, ou d’une phase à une autre. L’eau est l’exemple le plus fréquent: baisse de la température au point et il va se transformer en glace; élever la température d’ébullition et l’évaporation de la vapeur.
Que le point critique peut varier pour la même substance. Au niveau de la mer, l’eau bout à 212 ° F (100 ° C) et gèle à 32 ° F (0 ° C). Mais l’eau commence à bouillir à une température beaucoup plus basse à Denver, par exemple, en raison de la baisse de la pression atmosphérique. Et en 2006, les physiciens des Laboratoires Sandia National laboratories effectué des simulations par ordinateur montrant qu’un conducteur de phase de “métallique de l’eau” serait-forme à des températures de plus de 4000 Kelvins et une pression de 100 gigapascals. (Pour l’échelle, un gigapascal est équivalent à environ 10 000 atmosphères de pression.)
James Dewar, inventeur de la fiole à vide, compris comment faire de l’hydrogène pour se transformer en un liquide et un solide, en 1989 et en 1899, respectivement, à l’aide d’une régénération de la machine de refroidissement, il a construit à la Royal Institution. La naissance de la mécanique quantique ajouté une nouvelle tournure. En 1935, Eugene Wigner et Hillard Bell Huntington célèbre prédit que l’hydrogène pourrait transition d’un solide en métal conducteur à suffisamment haute pression. Les physiciens ont été à courir après cet insaisissable de la bête depuis.
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Il semblait qu’ils se referme sur sa proie en 1996, lorsque les physiciens au Lawrence Livermore National Laboratory, a annoncé qu’elle avait atteint un fluide à l’état métallique, de l’hydrogène dans une série de chocs des expériences de compression. Il a seulement été autour d’environ 100 nanosecondes, mais qui a été assez longtemps pour confirmer son existence. Mais cette phase fluide métallique, l’hydrogène est encore très différente de la longue quête de la phase solide, selon William Nellis, qui a mené ces expériences antérieures.
Ce dernier ouvrage n’est pas un vrai de la phase solide de l’hydrogène métallique, soit, mais c’est encore une étape prometteuse vers l’avant. L’Edinburgh physiciens utilisé de deux diamants pour écraser l’hydrogène et ses isotopes plus lourds, le deutérium, d’atteindre des pressions de plus de 380 gigapascals—le plus haut encore publié. Ils ont utilisé une technique appelée spectroscopie Raman pour l’étude de la façon dont les liaisons moléculaires se sont comportés en vertu de ces hautes pressions. Et ils ont trouvé que c’est lorsque les molécules commencé à se rompre en un seul atomes et les électrons commencé à agir plus comme ceux trouvés dans un métal.
Ils l’ont surnommé “la Phase V.” Il y a toujours des éléments de preuve des obligations, donc ce n’est pas la longtemps cherché forme solide. Encore. Mais l’équipe d’Edimbourg spécule cela pourrait marquer le début d’un tel solide de la phase métallique de l’hydrogène. Il pourrait juste prendre un petit peu plus de pression. Ou il pourrait prendre beaucoup plus de pression. Seulement d’autres expériences nous le dira.
Écossais, les chercheurs ont utilisé la spectroscopie Raman et une enclume de diamant pour trouver une nouvelle phase de l’hydrogène. Crédit: Philippe Dalladay-Simpson et Eugène Gregoryanz.
Outre le facteur de fraîcheur, une véritable phase solide de l’hydrogène métallique serait utile pour toutes sortes d’applications, en supposant qu’il pourrait être “éteint à température et pression ambiantes,” Nellis dit Gizmodo par e-mail. C’est un joli défi de taille. Les défis techniques sont formidables, mais si les physiciens jamais réussi, on pourrait avoir une température ambiante supraconducteur sur nos mains. (La plupart des matériaux supraconducteurs, même le soi-disant haut-temperaure supraconducteurs, exiger compliqué systèmes de refroidissement, car elles ne deviennent supraconducteurs à des températures sur le pair avec de l’hélium liquide et d’azote liquide.)
Il serait également un fantastique environnement propre source d’énergie (en supposant que les additifs sont tout aussi propre), c’est qu’il a une haute densité d’énergie stockée. Une basse, une libération progressive de l’énergie stockée serait idéal pour les voitures, les trains et les avions. L’accélération de la libération d’énergie ferait métallique solide de l’hydrogène un excellent carburant, pour remplacer le liquide de H2/O2 carburant maintenant utilisés pour lancer des fusées dans l’espace. Vous pouvez même l’utiliser comme un explosif si vous pouviez gérer pour obtenir toute l’énergie stockée à la libération très rapide. De Plus il a un potentiel en tant que combustible pour la fusion par confinement inertiel réacteurs.
Il est possible que les physiciens ne trouverez jamais le véritable forme solide de l’hydrogène métallique qu’ils cherchent et même si l’Edinburg les scientifiques ne trouver dans une enclume de diamant de la cellule à l’avenir, il ne porte pas beaucoup de ressemblance avec celui d’origine 1935 prédiction. Nellis points que de Wigner et de Huntington n’était pas sûr de leurs prévisions de la phase métallique, de l’hydrogène forme à tous. “Il n’a jamais été observée dans la phase solide de l’hydrogène,” dit-il.
Références:
Dalladay-Simpson, P.; Howie, R. T.; Gregoryanz, E. (2016) “éléments de Preuve pour une nouvelle phase dense d’hydrogène au-dessus de 325 gigpascals,” la Nature 529: 63-67.
Nellis, W. J. (1999) “Métastable métallique solide de l’hydrogène, de” Philosophique Magazine 79(4): 655-661.
Weir, S. T.; Mitchell, A. C.; Nellis, W. J. (1996) “la Métallisation de fluide de l’hydrogène moléculaire à 140 GPa (1,4 Mbar),” physical Review Letters 76(11): 1860.
Wigner, E. et Huntington, H. B. (1935) “Sur la possibilité d’une métalliques modification de l’hydrogène”, Journal de chimie Physique 3(12): 764.
[Phys.org]
Top image: une représentation artistique de la molécule d’hydrogène, en vertu de la compression en utilisant opposés à enclume de diamant appareils. Crédit: Philippe Dalladay-Simpson et Eugène Gregoryanz.