Виявлено нову форму води: це пояснює чому Уран така дивна планета

Автори нового дослідження, опублікованого в журналі Physical Review B, вважають, що їхнє відкриття може пояснити чому сьома планета від Сонця — Уран, такий дивний світ. Вони виявили потенційне існування незвичайної молекули, яка пов'язана з водою. Цей іон отримав назву акводій і може формуватися в дуже екстремальних умовах. Вчені вважають, що дивне магнітне поле одного з двох крижаних гігантів Сонячної системи можна пояснити за допомогою цієї нової форми води, пише New Atlas.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Водні іони

Найімовірніше, ще зі школи багато хто пам'ятає, завдяки урокам хімії, що формула води — це H2O. Тобто молекула води містить у собі один атом кисню і два атоми водню. Але іноді, а саме приблизно в 1 з 500 млн молекул води протони можуть переміщатися між атомами. У такий спосіб утворюються йони — з'єднання протона і молекули води. Такими йонами є гідроксид (OH-) і гідроксоній (H3O+). Іони — це атоми або групи атомів, що мають електричний заряд.

Автори нового дослідження виявили нову форму водних іонів, яка може існувати в дуже екстремальних умовах. Ключем до цього відкриття є своєрідний "шаблон" для створення ймовірних молекул. Простіше кажучи, деякі атоми мають чотири "слоти" для з'єднання з іншими атомами або іонами. В атома кисню для цього є 2 "слоти" для з'єднання з іншими атомами, найчастіше з воднем. Тому й виходить, що один атом кисню сполучений із двома атомами водню. Тобто виходить звичайна вода.

Два інших "слоти" атома кисню зайняті електронними парами, які не можуть утворити зв'язок з іншими атомами, але можуть зловити вільні протони. Якщо один "слот" пов'язаний із протоном, то виходить гідроксоній. Слот, що залишився, зазвичай залишається порожнім, але вчені вирішили з'ясувати, чи завжди так відбувається.

Нова форма води

Вчені задалися питанням: чи можна додати ще один протон до іона гідроксонію, щоб заповнити відсутній фрагмент? Річ у тім, що в звичайних умовах така конфігурація енергетично дуже невигідна, але розрахунки вчених показали, що є два способи, які можуть призвести до того, що це станеться.

Автори пояснюють, що, по-перше, за дуже високого тиску матерія зменшується в об'ємі, і поділ раніше невикористаної електронної пари кисню з іоном водню (протоном) — це чудовий спосіб зробити це. Це схоже на ковалентний зв'язок із воднем, за винятком того, що обидва електрони в парі належать кисню. По-друге, необхідно багато доступних протонів, а це означає, що потрібне кисле середовище, тому що кислоти віддають протони.

За допомогою моделювання вчені перевірили, чи може таке статися з плавиковою кислотою (водний розчин фтороводню) і звичайною водою за екстремальних умов. Виявилося, що за тиску приблизно 1,5 млн атмосфер (1 атмосфера — це приблизно 100 000 паскалів) і температурі на рівні приблизно 3 тисячі градусів Цельсія виникають абсолютно новий водний іон. Він отримав назву акводій, а його формула представлена так: H4O2+.

Дивний Уран

Виявилося, що ця незвичайна форма води може розкрити деякі загадки крижаних гігантів Сонячної системи — Урана і Нептуна. Обидві планети мають дивні магнітні поля, які не збігаються з віссю обертання планет. Вчені вважають, що через те, що тиск і температура в надрах крижаних світів схожі на значення, які використовуються в моделюванні, то автори дійшли висновку, що саме акводій може відповідати за створення незвичайних магнітних полів в Урану і Нептуна.

Автори дослідження пояснюють, що водень, який оточує ядро Юпітера в екстремальних умовах перетворюється на рідкий метал. Він може текти, як тече розплавлена металева частина ядра Землі, а його електропровідність зумовлена вільними електронами, спільними для всіх атомів водню, які з'єднані разом. Тому вчені вважають, що на Урані іони водню, тобто протони, є вільними переносниками заряду.

Як уже писав Фокус, виявлено нову планету в придатному для життя місці, яка розташована в подвійній зоряній системі. Нова планета схожа на зменшений аналог Нептуна, але у неї може бути потенційно населений супутник.

Також Фокус писав про нове відкриття, яке зробили астрономи в поясі астероїдів Сонячної системи. Вони змогли з'ясувати, яким чином виник вперше виявлений подвійний супутник у великого космічного каменю.