L’hidrogen a altes pressions té forma de grafè

El blog Chemistry World (RSC) informava fa pocs dies que s’ha trobat una nova fase de l’hidrogen on els enllaços H-H són molt febles, i on hi surt una estructura de cel.les hexagonals que recorda la del grafè: es generen anells de sis àtoms. Això és un nou pas envers l’hidrogen metàl.lic, que podria ser superconductor a temperatura ambient, i per tant proporcionar un mitjà de transmissió d’energia amb poca pèrdua. La font original és Mixed Molecular and Atomic Phase of Dense Hydrogen, Phys. Rev. Lett. 108, 125501 (2012), RT Howie et al.

La cerca de l’hidrogen metàl.lic és llarga, i es fa pressions altíssimes: gigapascals, en aquest cas s’ha arribat a 315 GPa. Tenint en compte que la pressió atmosfèrica és d’uns 100 KPa, la pressió que ha calgut per generar aquesta nova fase d’hidrogen ha estat unamica superior a 3 milions la pressió normal atmosfèrica.

The quest for metallic hydrogen has been on since the late 19th century, when chemists pointed out that the element, which tops the periodic table’s column of alkali metals, ought to form a metal. In 1935, physicists Eugene Wigner and Hillard Bell Huntington predicted that hydrogen should become a metallic solid at high pressures – roughly 25GPa – but experiments later performed at these pressures showed no trace of a metal transition. More recent experiments have employed higher pressures still. Indeed, last year Mikhail Eremets and Ivan Troyan of the Max-Planck Institute for Chemistry in Mainz, Germany, claimed evidence for metallic hydrogen at pressures up to 260GPa. But other scientists believed that evidence was unreliable.

Segons Chemistry World, es tracta d’un quart tipus de fase de l’hidrogen a grans pressions. A la primera (fase I), les molècules d’H2 roten lliurement; a la segoan (fase II), hi ha una mica d’ordre orientacional (les molècules d’hidrogen diatòmic ha no giren ben lliurement); a la tercera (fase III), la que ara s’ha creat (fase III), els enllaços H-H ja són tan febles que l’hidrogen es pot considerar parcialment àtòmic, més que no pas molecular. Ara s’ha descobert doncs la Fase IV. La segúent figura és de Chemistry Views

Així i tot, la diferència d’energia entre la banda de valència i la de conducció (band gap) és d’1.8 eV, massa gran com perquè es pugui considerar un metall bon conductor, segons la teoria de bandes. El que de fet dóna valor a aquest estudi és que proporciona avenços interessants per treballar a grans pressions, fent servir cel.les especials fetes amb diamant.

Aquesta entrada de Chemistry World esmenta un altre post on ja es parlava de la creació d’hidrogen metàl.lic: Chemists claim metallic hydrogen creation first, però sembla que els seus autors han rebut crítiques fortes. Deu faltar una mica encara per arribar a la meta. Però l’estructura que mostra l’estudi presentat ara és interessant per la visió molecular d’hidrogen en forma d’anell hexagonal.