Обнаружена новая форма воды: это объясняет почему Уран такая странная планета (фото)
Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review B, считают, что их открытие может объяснить почему седьмая планета от Солнца – Уран, такой странный мир. Они обнаружили потенциальное существование необычной молекулы, которая связана с водой. Этот ион получил название акводий и может формироваться в очень экстремальных условиях. Ученые считают, что странное магнитное поле одного из двух ледяных гигантов Солнечной системы можно объяснить с помощью этой новой формы воды, пишет New Atlas.
Водные ионы
Скорее всего еще со школы многие помнят, благодаря урокам химии, что формула воды – это H2O. То есть молекула воды включает в себя один атом кислорода и два атома водорода. Но иногда, а именно примерно в 1 из 500 млн молекул воды протоны могут перемещаться между атомами. Таким образом создаются ионы – соединение протона и молекулы воды. Такими ионами являются гидроксид (OH-) и гидроксоний (H3O+). Ионы – это атомы или группы атомов, имеющих электрический заряд.
Авторы нового исследования обнаружили новую форму водных ионов, которая может существовать в очень экстремальных условиях. Ключом к этому открытию является своеобразный "шаблон" для создания вероятных молекул. Проще говоря, у некоторых атомов есть четыре "слота" для соединения с другими атомами или ионами. У атома кислорода для этого есть 2 "слота" для соединения с другими атомами, чаще всего с водородом. Поэтому и получается, что один атом кислорода соединен с двумя атомами водорода. То есть получается обычная вода.
Два других "слота" атома кислорода заняты электронными парами, которые не могут образовать связь с другими атомами, но могут поймать свободные протоны. Если один "слот" связан с протоном, то получается гидроксоний. Оставшийся слот обычно остается пустым, но ученые решили выяснить, всегда ли так происходит.
Новая форма воды
Ученые задались вопросом: можно ли добавить еще один протон к иону гидроксония, чтобы заполнить недостающий фрагмент? Дело в том, что в обычных условиях такая конфигурация энергетически очень невыгодна, но расчеты ученых показали, что есть два способа, которые могут привести к тому, что это произойдет.
Авторы объясняют, что, во-первых, при очень высоком давлении материя уменьшается во объеме и разделение ранее неиспользованной электронной пары кислорода с ионом водорода (протоном) — это отличный способ сделать это. Это похоже на ковалентную связь с водородом, за исключением того, что оба электрона в паре принадлежат кислороду. Во-вторых, необходимо много доступных протонов, а это значит, что нужна кислая среда, потому что кислоты отдают протоны.
С помощью моделирования ученые проверили, может ли такое произойти с плавиковой кислотой (водный раствор фтороводорода) и обычной водой при экстремальных условиях. Оказалось, что при давлении примерно 1,5 млн атмосфер (1 атмосфера – это примерно 100 000 паскалей) и температуре на уровне примерно 3 тысячи градусов Цельсия возникают совершенно новый водный ион. Он получил название акводий, а его формула представлена так: H4O2+.
Странный Уран
Оказалось, что эта необычная форма воды может раскрыть некоторые загадки ледяных гигантов Солнечной системы – Урана и Нептуна. Обе планеты имеют странные магнитные поля, которые не совпадают с осью вращения планет. Ученые считают, что из-за того, что давление и температура в недрах ледяных миров похожи на значения, используемые в моделировании, то авторы пришли к выводу, что именно акводий может отвечать за создание необычных магнитных полей у Урана и Нептуна.
Авторы исследования объясняют, что водород, который окружает ядро Юпитера в экстремальных условиях превращается в жидкий металл. Он может течь, как течет расплавленная металлическая часть ядра Земли, а его электропроводность обусловлена свободными электронами, общими для всех атомов водорода, которые соединены вместе. Поэтому ученые считают, что на Уране ионы водорода, то есть протоны, являются свободными переносчиками заряда.
| Комментарии (0) |