Το Υδρογόνο ως μέταλλο

Υδρογόνο

Περισσότερα από 80 χρόνια μετά την πρώτη πρόβλεψη, οι φυσικοί έχουν δημιουργήσει μεταλλικό υδρογόνο – μια μυστηριώδη μορφή υδρογόνου που θα μπορούσε να  δημιουργήσει υπεραγώγιμη ηλεκτρική ενέργεια χωρίς αντίσταση σε θερμοκρασία δωματίου.

Οι επιστήμονες από καιρό είχαν λάβει υπ’ όψιν τους, πως το υδρογόνο θα μπορούσε να υπάρχει ως μέταλλο σε ορισμένα μέρη στο Σύμπαν, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που μεταλλικό υδρογόνο δημιουργήθηκε στη Γη, και παρουσιάζεται ακόμα πιο παράξενο και πιο συναρπαστικό από ό,τι οι επιστήμονες είχαν αρχικά φανταστεί. Το μεταλλικό υδρογόνο υπήρξε πηγή μεγάλου προβληματισμού όλα αυτά τα χρόνια, επειδή προβλέπεται ότι έχει μερικές απίστευτες ιδιότητες. Το πιο σημαντικό: οι φυσικοί πιστεύουν ότι το μεταλλικό υδρογόνο θα μπορούσε να είναι ένας υπεραγωγός σε θερμοκρασία δωματίου, πράγμα που θα σήμαινε ότι το υλικό αυτό θα μπορούσε να άγει ηλεκτρικό ρεύμα με μηδενική αντίσταση – και χωρίς να χρειάζεται να ψύχεται προηγουμένως σε «τρελές» θερμοκρασίες.

Υδρογόνο
Μεταλλικό Υδρογόνο

Ο περιοδικός πίνακας χωρίζεται σε δύο κατηγορίες – μέταλλα και μη μέταλλα. Μεταξύ πολλών άλλων ιδιοτήτων, τα μέταλλα είναι λαμπερά (γυαλιστερά), καλοί αγωγοί, και συνήθως στερεά σε θερμοκρασία δωματίου (20 0C), ενώ τα μη-μέταλλα έχουν μία «θαμπή» εμφάνιση, και είναι κακοί αγωγοί του ηλεκτρικού φορτίου. Το υδρογόνο – το πρώτο στοιχείο του περιοδικού πίνακα – είναι ένα μη-μέταλλο.

Το 1935, οι ερευνητές προέβλεψαν ότι, υπό ορισμένες συνθήκες, το υδρογόνο θα μπορούσε να έχει τα άτομα του ενωμένα τόσο σφιχτά, που δεν θα αποκτά μόνο μεταλλικές ιδιότητες, αλλά θα μπορούσε πραγματικά να γίνει μέταλλο. Αυτές οι συνθήκες δεν είναι εύκολο να επιτευχθούν – εμπλέκονται στη διαδικασία επίτευξης απίστευτα υψηλών πιέσεων σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, πράγμα το οποίο είναι και ο λόγος που για περισσότερα από 80 χρόνια, και παρά τις πολλές προσπάθειες, κανείς δεν ήταν σε θέση να αποδείξει ότι ήταν δυνατό μέχρι τώρα.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΑ

«Αυτό είναι το ιερό δισκοπότηρο της φυσικής υψηλών πιέσεων», λέει ο επικεφαλής ερευνητής Isaac F. Silvera από το Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. «Είναι το πρώτο δείγμα μεταλλικού υδρογόνου στη Γη, έτσι λοιπόν, όταν αναζητάτε κάτι τέτοιο, πρέπει να γνωρίζετε ότι ψάχνετε κάτι που ποτέ δεν υπήρχε πριν». Ο Silvera για 45 χρόνια προσπαθεί να δημιουργήσει μεταλλικό υδρογόνο. «Το πιο συναρπαστικό στοιχείο είναι ότι ‘’πρεσάροντας’’ το υδρογόνο σε αρκετά υψηλές πιέσεις, το είδαμε να γίνεται μεταλλικό», δήλωσε στο ScienceAlert. Εξηγώντας ανέφερε ότι: «Το υδρογόνο ξεκίνησε από το να είναι διαφανές, να γίνεται στη συνέχεια ημιδιαφανές και μαύρο, και ξαφνικά έγινε λαμπερό. Στην πραγματικότητα Θα μπορούσαμε να το δούμε να γίνεται μέταλλο».

Υδρογόνο
Εικόνα: Silvera et al

Γνωρίζουμε ήδη πολλά είδη υπεραγώγιμων υλικών, αλλά τα υλικά αυτά είναι ικανά, για την επίτευξη υπεραγωγιμότητας, σε θερμοκρασίες κάτω των -269 βαθμών Κελσίου, το οποίο για πολλές εφαρμογές καθίσταται δαπανηρό και μη πρακτικό. Αν οι επιστήμονες μπορούσαν να επιτύχουν την ίδια υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου, αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσαμε να δημιουργήσουμε διάφορα πράγματα όπως γραμμές ηλεκτρικού ρεύματος που δεν έχουν καμία απώλεια ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ του σταθμού της ηλεκτρικής ενέργειας και του σπιτιού μας. Αυτή τη στιγμή, το δίκτυο χάνει το 15 % της ενέργειας του ως θερμότητα, λόγω της αντίστασης.

Το υλικό αυτό θα μπορούσε επίσης να είναι το πιο ισχυρό προωθητικό μέσο πυραύλου που έχει ανακαλυφθεί ποτέ, με την απίστευτη ενέργεια που αποθηκεύεται στις ενώσεις του, τόσο ικανή που μπορεί να μας εκτινάξει σε μακρινούς κόσμους. Πιο συγκεκριμένα, το μεταλλικό υδρογόνο που ο Silvera και η ομάδα του έχουν δημιουργήσει, είναι μόνο περίπου 1 έως 1,5 μικρά (microns) σε πάχος, και 10 μικρά σε διάμετρο, οπότε είναι…μικροσκοπικό.

Και μέχρι την λεγόμενη «Ομότιμη αναθεώρηση» η οποία επιβεβαίωσε ότι το δείγμα τους ήταν πραγματική κατάσταση, ήταν διστακτικοί να εκτελέσουν πάρα πολλές δοκιμές πάνω σε αυτό, και έτσι δεν έχουμε κανένα στοιχείο μέχρι σήμερα που να υποδηλώνει ότι το υλικό αυτό είναι ένας υπεραγωγός. Αυτό είναι κάτι που θα πρέπει να διερευνηθεί κατά τους μήνες που έρχονται.

Για τώρα, γνωρίζουμε ότι το δείγμα είναι πραγματικό, και είναι σταθεροποιημένο στο εργαστήριο του Silvera από τον περασμένο Οκτώβριο. Το 1935, είχε προβλεφθεί ότι το μεταλλικό υδρογόνο θα προκύψει σε πίεση 25 Gigapascals (GPa). Αλλά ο Silvera και η ομάδα του, το πέτυχε τελικά σε πιέσεις μεταξύ 465 και 495 GPa – σχεδόν 20 φορές υψηλότερη από ό,τι είχε αρχικά προβλεφθεί. Η ομάδα είδε γρήγορα την αλλαγή της εμφάνισής του, αλλά για να βεβαιωθεί ότι αυτό που δημιουργήθηκε ήταν μεταλλικό υδρογόνο, χρησιμοποίησε φασματοσκοπικές μετρήσεις, συμπεριλαμβανομένων και μετρήσεων ανακλαστικότητας, οι οποίες και έδειξαν ότι αυτό ήταν αρχικά ένα πρότυπο αέριο υδρογόνου (Η2) που είχε μετατραπεί σε ένα ατομικό μέταλλο.

Μέχρι στιγμής, ο Silvera και η ομάδα του πιστεύουν ότι αυτό που δημιούργησαν είναι ένα στερεό, αλλά θα πρέπει να κάνουν πιο λεπτομερείς αναλύσεις του υλικού τώρα που έχει ήδη επαληθευτεί η ύπαρξη του (κάτι που δεν ήταν διατεθειμένοι να διακινδυνεύσουν από πριν, σε περίπτωση που κατά λάθος κατέστρεφαν το εύθραυστο αυτό δείγμα).

Θα πρέπει επίσης να συνδέσουν το μέταλλο με ηλεκτρικό ρεύμα για να ελέγξουν αν είναι πραγματικά ένας υπεραγωγός σε θερμοκρασία δωματίου – κάτι που είναι δυνατό είτε πρόκειται για ένα υγρό ή στερεό.

«Πρόκειται να είναι δύσκολο, αλλά θα προσπαθήσουμε», λέει ο Silvera. Λέει ότι είναι επίσης πιθανό το μεταλλικό υδρογόνο να μπορεί να είναι μετασταθές  – πράγμα που σημαίνει ότι ακόμα κι αν σταματήσετε την πίεση θα παραμείνει μεταλλικό.

 

Πηγές:

             Williams M. (2019), French Scientists Say They’ve Created Metallic Hydrogen. Ανακτήθηκε από: sciencealert.com              (Τελευταία πρόσβαση: 21/8/2020)

             Metallic Hydrogen. Ανακτήθηκε από: el.wikipedia.org (Τελευταία πρόσβαση: 21/8/2020)

             Μεταλλικό υδρογόνο. Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org (Τελευταία πρόσβαση: 21/8/2020)

             Macdonald F. (2017), Τι είναι το Μεταλλικό Υδρογόνο; Ανακτήθηκε από: gikasdimitris.blogspot.com              (Τελευταία πρόσβαση: 21/8/2020)

 


Λίγα λόγια για τον συντάκτη

Μαρία Τουρλή

Ονομάζομαι Μαρία Τουρλή, γεννημένη το 1996 και απόφοιτη του Τμήματος Φυσικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Επίκεντρο των σπουδών μου αποτελεί η κατεύθυνση της Στερεάς Κατάστασης και της Επιστήμης των Υλικών. Η αρέσκειά μου στην αρθρογραφία με οδήγησε στο MAX MAG.

Εβδομαδιαία ενημέρωση απο το maxmag στο email σου

Η ενημέρωση σου, για όλα τα θέματα, επί παντός επιστητού, είναι προτεραιότητα για μας στο MAXMAG. Αυτός είναι κ ο λόγος, για τον οποίο κάθε εβδομάδα οι συντάκτες μας θα επιλέγουν τα 15 σημαντικότερα άρθρα, από όλες τις στήλες του περιοδικού και θα φροντίζουμε να τα λαμβάνεις απευθείας στο email σου. Όλες οι σημαντικές ειδήσεις θα σε περιμένουν να τις ανοίξεις. Το μόνο που χρειάζεται να κάνεις είναι μια εγγραφή στο Newsletter μας. Τι περιμένεις λοιπόν;