Transformimi i presionit të lartë të natriumit mund të na tregojë për brendësinë e yjeve, planetëve

Udhëtoni mjaft thellë nën sipërfaqen e Tokës ose brenda qendrës së diellit dhe materia ndryshon në një nivel atomik.

Presioni në rritje brenda yjeve dhe planetëve mund të bëjë që metalet të bëhen izolues jopërçues. Natriumi është treguar se shndërrohet nga një metal me shkëlqim, me ngjyrë gri në një izolant transparent, të ngjashëm me xhamin, kur shtrydhet mjaftueshëm.

Tani, një studim i udhëhequr nga Universiteti në Buffalo ka zbuluar lidhjen kimike pas këtij fenomeni të veçantë të presionit të lartë.

Ndërsa është teorizuar se presioni i lartë në thelb i shtrydh elektronet e natriumit në hapësirat midis atomeve, llogaritjet kimike kuantike të studiuesve tregojnë se këto elektrone ende i përkasin shumë atomeve përreth dhe janë të lidhur kimikisht me njëri-tjetrin.

“Ne po i përgjigjemi një pyetjeje shumë të thjeshtë se përse natriumi bëhet izolues, por parashikimi se si elementët e tjerë dhe komponimet kimike sillen në presione shumë të larta, do të na japë potencialisht një pasqyrë të pyetjeve më të mëdha,” thotë Eva Zurek, Ph.D., profesore. i kimisë në Kolegjin UB të Arteve dhe Shkencave dhe bashkëautor i studimit, i cili u botua në Angewandte Chemie , një revistë e Shoqërisë Kimike Gjermane. “Si është brendësia e një ylli? Si krijohen fushat magnetike të planetëve, nëse ekzistojnë me të vërtetë? Dhe si evoluojnë yjet dhe planetët? Ky lloj kërkimi na afron më shumë për t’iu përgjigjur këtyre pyetjeve.”

Studimi konfirmon dhe bazohet në parashikimet teorike të fizikanit të ndjerë të njohur Neil Ashcroft, kujtimit të të cilit i kushtohet studimi.

Dikur mendohej se materialet bëhen gjithmonë metalike nën presion të lartë – si hidrogjeni metalik i teorizuar për të krijuar bërthamën e Jupiterit – por letra e parë e Ashcroft dhe Jeffrey Neaton dy dekada më parë zbuloi se disa materiale, si natriumi, mund të bëhen në të vërtetë izolues ose gjysmëpërçues kur shtrydhen. Ata teorizuan se elektronet e bërthamës së natriumit, që mendohet se janë inerte, do të ndërveprojnë me njëri-tjetrin dhe me elektronet e jashtme të valencës kur janë nën presion ekstrem .

“Puna jonë tani shkon përtej figurës së fizikës të pikturuar nga Ashcroft dhe Neaton, duke e lidhur atë me konceptet kimike të lidhjes,” thotë autori kryesor i studimit të udhëhequr nga UB, Stefano Racioppi, Ph.D., një studiues postdoktoral në Departamentin e Kimisë në UB. .

Presionet e gjetura nën koren e Tokës mund të jenë të vështira për t’u përsëritur në një laborator, kështu që duke përdorur superkompjuterët në Qendrën për Kërkime Kompjuterike të UB, ekipi kreu llogaritjet se si sillen elektronet në atomet e natriumit kur janë nën presion të lartë.

Elektronet bllokohen brenda rajoneve ndërhapësinore midis atomeve, të njohura si një gjendje elektridike. Kjo shkakton transformimin fizik të natriumit nga metali me shkëlqim në izolues transparent, pasi elektronet me rrjedhje të lirë thithin dhe ritransmetojnë dritën, por elektronet e bllokuara thjesht lejojnë që drita të kalojë.

Megjithatë, llogaritjet e studiuesve treguan për herë të parë se shfaqja e gjendjes së elektridit mund të shpjegohet përmes lidhjes kimike .

Presioni i lartë bën që elektronet të zënë orbitale të reja brenda atomeve të tyre përkatëse. Këto orbitale më pas mbivendosen me njëra-tjetrën për të formuar lidhje kimike , duke shkaktuar përqendrime të lokalizuara të ngarkesës në rajonet intersticiale.

Ndërsa studimet e mëparshme ofruan një teori intuitive që presioni i lartë shtrydhi elektronet nga atomet, llogaritjet e reja zbuluan se elektronet janë ende pjesë e atomeve përreth.

“Ne e kuptuam se këto nuk janë vetëm elektrone të izoluara që vendosën të largoheshin nga atomet. Në vend të kësaj, elektronet ndahen midis atomeve në një lidhje kimike,” thotë Racioppi. “Ata janë mjaft të veçantë.”

Kontribues të tjerë përfshijnë Malcolm McMahon dhe Christian Storm nga Shkolla e Fizikës dhe Astronomisë në Universitetin e Edinburgut dhe Qendra për Shkencën në Kushte Ekstreme.

Puna u mbështet nga Qendra për Materien në Presionin Atomik, një qendër e Fondacionit Kombëtar të Shkencës e udhëhequr nga Universiteti i Rochester-it që studion se si presioni brenda yjeve dhe planetëve mund të rirregullojë strukturën atomike të materialeve.

“Natyrisht është e vështirë të kryhen eksperimente që përsërisin, të themi, kushtet brenda shtresave të thella atmosferike të Jupiterit,” thotë Zurek, “por ne mund të përdorim llogaritjet, dhe në disa raste, lazerët e teknologjisë së lartë, për të simuluar këto lloj kushtesh. .”