Science >> Wetenschap >  >> Chemie

De hogedruktransformatie van natrium kan ons iets vertellen over de binnenkant van sterren en planeten

Angewandte Chemie , een tijdschrift van de Duitse Chemische Vereniging. "Hoe ziet het interieur van een ster eruit? Hoe worden de magnetische velden van planeten gegenereerd, als die al bestaan? En hoe evolueren sterren en planeten? Dit soort onderzoek brengt ons dichter bij het beantwoorden van deze vragen."

Het onderzoek bevestigt en bouwt voort op de theoretische voorspellingen van de inmiddels overleden natuurkundige Neil Ashcroft, aan wiens nagedachtenis het onderzoek is gewijd.

Er werd ooit gedacht dat materialen onder hoge druk altijd metallisch worden – zoals het metallische waterstof waarvan wordt aangenomen dat het de kern van Jupiter vormt – maar het baanbrekende artikel van Ashcroft en Jeffrey Neaton van twintig jaar geleden ontdekte dat sommige materialen, zoals natrium, feitelijk isolatoren of halfgeleiders kunnen worden als ze worden samengedrukt. Ze theoretiseerden dat de kernelektronen van natrium, waarvan men dacht dat ze inert waren, met elkaar en met de buitenste valentie-elektronen zouden interageren als ze onder extreme druk stonden.

"Ons werk gaat nu verder dan het natuurkundige beeld dat Ashcroft en Neaton hebben geschetst, en verbindt het met chemische concepten van binding", zegt de hoofdauteur van het door de UB geleide onderzoek, Stefano Racioppi, Ph.D., een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Scheikunde van de UB. .

De druk die onder de aardkorst wordt aangetroffen, kan moeilijk te repliceren zijn in een laboratorium. Daarom heeft het team met behulp van supercomputers in het Center for Computational Research van de UB berekeningen uitgevoerd over hoe elektronen zich gedragen in natriumatomen onder hoge druk.

De elektronen raken gevangen in de interruimtelijke gebieden tussen atomen, ook wel een elektrodentoestand genoemd. Dit veroorzaakt de fysieke transformatie van natrium van glanzend metaal naar een transparante isolator, omdat vrij stromende elektronen licht absorberen en opnieuw uitzenden, maar gevangen elektronen het licht gewoon doorlaten.

Uit berekeningen van onderzoekers bleek echter voor het eerst dat het ontstaan ​​van de elektrodentoestand verklaard kan worden door chemische binding.

De hoge druk zorgt ervoor dat elektronen nieuwe orbitalen binnen hun respectieve atomen bezetten. Deze orbitalen overlappen elkaar vervolgens om chemische bindingen te vormen, waardoor plaatselijke ladingsconcentraties in de interstitiële gebieden ontstaan.

Terwijl eerdere studies een intuïtieve theorie opleverden dat hoge druk elektronen uit atomen perste, ontdekten de nieuwe berekeningen dat de elektronen nog steeds deel uitmaken van de omringende atomen.

"We realiseerden ons dat dit niet alleen geïsoleerde elektronen zijn die besloten de atomen te verlaten. In plaats daarvan worden de elektronen gedeeld tussen de atomen in een chemische binding", zegt Racioppi. "Ze zijn best bijzonder."

Andere bijdragen zijn onder meer Malcolm McMahon en Christian Storm van de School of Physics and Astronomy en het Centre for Science at Extreme Condities van de Universiteit van Edinburgh.

Het werk werd ondersteund door het Center for Matter at Atomic Pressure, een centrum van de National Science Foundation onder leiding van de Universiteit van Rochester dat onderzoekt hoe druk in sterren en planeten de atomaire structuur van materialen kan herschikken.

‘Het is duidelijk moeilijk om experimenten uit te voeren die bijvoorbeeld de omstandigheden in de diepe atmosferische lagen van Jupiter nabootsen’, zegt Zurek, ‘maar we kunnen berekeningen gebruiken, en in sommige gevallen hightech lasers, om dit soort omstandigheden te simuleren. ."

Meer informatie: Stefano Racioppi et al, over de elektrische aard van Na-hP4, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202310802

Journaalinformatie: Angewandte Chemie , Angewandte Chemie Internationale Editie

Aangeboden door de Universiteit van Buffalo




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Zuurdesem onder de microscoop onthult microben die generaties lang zijn gekweekt
  2. Hoe beïnvloedt de temperatuur het metabolisme?
  3. Koloniekenmerken van E.Coli
  4. Hoe Dopamine werkt
  5. Zes belangrijkste celfuncties
  6. Virusstamping - een veelzijdige nieuwe methode voor genetische manipulatie van afzonderlijke cellen
  7. Wat overwinterende eekhoorns astronauten kunnen leren
  8. Hé voorstedelijke mensen, ontmoet de buren:tekendragende witstaarthert
  9. Waar wordt zetmeel opgeslagen in plantencellen?

Wetenschap