gheata superionica stare agregare
Chimie

Gheata superionica – a cincea stare de agregare

Un nou experiment confirma existenta unei noi stari de agregare – gheata superionica – o forma bizara de apa neagra si fierbinte care ar putea exista in masa planetelor gigantice de gheata din univers.

Suntem familiarizati cu cele patru stari de agregare ale materiei recunoscute pana acum: solida, lichida, gazoasa si plasma. Cine si-ar fi imaginat o a cincea stare, care contine simultan doua forme?

In diversitatea procesului de cristalizare sau a fazelor apei de la lichid la gheata solida (mai mult de 17 structuri de gheata cristaline si mai multe amorfe), a aparut una noua: cristalul de oxigen ionic cu hidrogen ionic (in principal protoni) care se misca la interior, ca un fluid.

gheata superionica laborator

A fost numita gheata XVIII sau gheata superionica si este atat o noua faza a apei (deoarece depinde de temperatura si presiune), cat si o noua stare de agregare a materiei (deoarece aduna atat un solid, cat si un fluid). Atomii de oxigen formeaza o retea cubica, iar atomii de hidrogen se varsa liber, curgand ca un lichid prin reteaua rigida a atomilor de oxigen.

Cristalele sunt formate din atomi ionizati, astfel incat fortele electrostatice dintre cationi si ioni mentin reteaua solida. Cristalul de sare comun are anioni de clor (Cl-) si cationi de sodiu (Na +) si este in stare solida la temperatura camerei. Dar cristalul superionic de apa sintetizat recent necesita o presiune si o temperatura extrem de ridicate pentru a se forma.

In toate celelalte forme de cristalizare a apei in gheata, moleculele raman; gheata se formeaza tocmai din cauza temperaturilor reci care ingheata sistemul. Dar in aceste experimente superionice, temperatura ridicata (peste 2000 Kelvin) franeaza moleculele de apa, iar presiunea ridicata (peste 100 gigapascali) densifica sistemul.

Exista in mod natural in univers gheata superionica?

Ne intrebam ce scenariu natural ar putea gazdui o astfel de extravaganta. Aparent, un scenariu perfect pentru acesta poate fi gasit la gigantii de gheata precum Uranus si Neptun, care sunt formati in principal din apa inghetata (cel putin 65%). De fapt, gheata superionica la presiuni si temperaturi extreme este relevanta pentru a explica natura nucleului lor, unde se asteapta astfel de conditii extreme.

uranus si neptun gheata superionica

Miezul lor trebuie sa aiba o anumita particularitate, daca se iau in considerare campurile magnetice care provin de la acesti giganti de gheata, in comparatie cu restul planetelor din sistemul solar, care au un camp magnetic destul de mult aliniat cu axa de rotatie si cu o forma mai simpla (un fluid conductor in jurul nucleului care se invarte).

Campurile magnetice ale lui Neptun si Uranus se comporta diferit, iar acest lucru ar putea fi explicat daca fluidul conductor responsabil de „efectul de dinam” ar fi inchis intr-o coaja subtire exterioara a planetei, in loc sa ajunga jos la miezul planetelor. Comportamentul bizar al campului magnetic ar putea fi explicat cu ajutorul acestei noi stari de agregare a materiei.

Aceasta gheata superionica ar conduce electricitatea, ca un metal, cu hidrogenii care joaca rolul obisnuit al electronilor. Spre deosebire de gheata obisnuita din congelatorul nostru sau de la Polul Nord, gheata superionica este neagra si fierbinte. Un cub din ea ar cantari de patru ori mai mult decat unul normal.

Pe de alta parte, am fost obisnuiti sa intelegem conductivitatea particulelor elementare, cum ar fi electronii care compun curentul electric. Cine ar fi ghicit un curent de protoni – care nu sunt considerati particule elementare datorita structurii lor interne?

Desi acest comportament exotic al apei era asteptat datorita numeroaselor simulari cu mai mult de treizeci de ani in urma, faptul  ca a fost observat pentru prima data este uluitor, mai ales atunci cand se ia in considerare cantitatea de aproximari implicate in acest model, deoarece complexitatea sistemului a impiedicat calculele chimiei cuantice.

Urmariti acest site – curiozitati stiinta – pentru a afla si alte lucruri noi si interesante despre universul in care traim.


Sursa:  quantamagazine.org, resonancescience.org
Foto: Iammatech for Quanta Magazine, NASA.

Acest articol a fost sustinut de cititori ca tine.

Misiunea noastra este sa oferim publicului stiri precise si captivante despre stiinta. Aceasta misiune nu a fost niciodata mai importanta decat este astazi.

Nu putem face, insa, acest lucru fara tine.

Sprijinul tau ne permite sa pastram continutul acestui blog gratuit si accesibil. Investeste in jurnalismul stiintific donand chiar astazi.

                                                                                             

One Comment

Leave a Reply

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *



Acest site folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.