Иллюстрация импульсов рентгеновского лазера (слева), нагревающего сжатые образцы углеводородов, что приводит к реакции золота и водорода с образованием гидрида золота (в центре). Атомы золота зафиксированы в гексагональной кристаллической решетке, через которую водород, показанный белым цветом, свободно диффундирует в “суперионных” состоянии.
В мире науки иногда значимые открытия совершаются совершенно случайно. Так произошло и в этот раз: международная команда исследователей под руководством ученых из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) впервые синтезировала твердый гидрид золота — соединение, состоящее исключительно из атомов золота и водорода. Это открытие не только бросает вызов нашим представлениям о химической инертности золота, но и открывает новые горизонты для изучения экзотических состояний вещества, существующих в недрах планет и звезд.
Эксперимент, который привел к неожиданному открытию
Изначально ученые исследовали процесс превращения углеводородов в алмазы под воздействием экстремальных давления и температуры. Эксперименты проводились на мощном рентгеновском лазере European XFEL в Германии. Образцы углеводородов содержали вставки из золотой фольги, которая должна была поглощать рентгеновские лучи и нагревать слабо поглощающий материал. Однако вместо ожидаемого результата исследователи обнаружили нечто удивительное: помимо образования алмазов, золото вступило в реакцию с водородом, сформировав ранее неизвестное соединение — гидрид золота.
«Это было совершенно неожиданно, — признается Мунго Фрост, научный сотрудник SLAC, руководивший исследованием. — Золото считается химически пассивным металлом, и мы использовали его именно из-за этой инертности. Но оказалось, что в экстремальных условиях оно способно на необычные реакции».
Суперионный водород и необычные свойства гидрида золота
В условиях, созданных в эксперименте (давление выше, чем в мантии Земли, и температура свыше 1900°С), водород перешел в так называемое суперионное состояние. В этой фазе атомы водорода ведут себя как жидкость, свободно перемещаясь внутри кристаллической решетки золота, что придает гидриду необычные проводящие свойства.
Интересно, что золото здесь сыграло роль своеобразного «свидетеля», позволившего ученым изучить поведение плотного водорода, который в чистом виде крайне сложно исследовать рентгеновскими методами из-за его малой рассеивающей способности.
Смотрите также:
-
Искусственные молнии могут изменить технологию производства аммиака 07.07.2025
-
10 пикометров до чуда: сверхстабильные телескопы и материал с «обратной логикой» 01.07.2025
Значение открытия для науки и технологий
Этот эксперимент не только расширяет границы химии, но и дает новые инструменты для изучения экстремальных состояний вещества. Например, плотный водород является ключевым компонентом недр газовых гигантов, таких как Юпитер, а также играет важную роль в процессах термоядерного синтеза в звездах. Лабораторное моделирование таких условий может помочь в разработке новых источников энергии и углубить наше понимание Вселенной.
Кроме того, открытие гидрида золота ставит перед учеными новые вопросы: насколько стабильны подобные соединения при разных давлениях? Можно ли создать другие неожиданные гидриды металлов, считающихся инертными? Ответы на эти вопросы могут привести к появлению принципиально новых материалов с уникальными свойствами.
