Обнаружена новая форма воды: это объясняет почему Уран такая странная планета

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Physical Review B, считают, что их открытие может объяснить почему седьмая планета от Солнца – Уран, такой странный мир. Они обнаружили потенциальное существование необычной молекулы, которая связана с водой. Этот ион получил название акводий и может формироваться в очень экстремальных условиях. Ученые считают, что странное магнитное поле одного из двух ледяных гигантов Солнечной системы можно объяснить с помощью этой новой формы воды, пишет New Atlas.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Водные ионы

Скорее всего еще со школы многие помнят, благодаря урокам химии, что формула воды – это H2O. То есть молекула воды включает в себя один атом кислорода и два атома водорода. Но иногда, а именно примерно в 1 из 500 млн молекул воды протоны могут перемещаться между атомами. Таким образом создаются ионы – соединение протона и молекулы воды. Такими ионами являются гидроксид (OH-) и гидроксоний (H3O+). Ионы – это атомы или группы атомов, имеющих электрический заряд.

Авторы нового исследования обнаружили новую форму водных ионов, которая может существовать в очень экстремальных условиях. Ключом к этому открытию является своеобразный "шаблон" для создания вероятных молекул. Проще говоря, у некоторых атомов есть четыре "слота" для соединения с другими атомами или ионами. У атома кислорода для этого есть 2 "слота" для соединения с другими атомами, чаще всего с водородом. Поэтому и получается, что один атом кислорода соединен с двумя атомами водорода. То есть получается обычная вода.

Два других "слота" атома кислорода заняты электронными парами, которые не могут образовать связь с другими атомами, но могут поймать свободные протоны. Если один "слот" связан с протоном, то получается гидроксоний. Оставшийся слот обычно остается пустым, но ученые решили выяснить, всегда ли так происходит.

Новая форма воды

Ученые задались вопросом: можно ли добавить еще один протон к иону гидроксония, чтобы заполнить недостающий фрагмент? Дело в том, что в обычных условиях такая конфигурация энергетически очень невыгодна, но расчеты ученых показали, что есть два способа, которые могут привести к тому, что это произойдет.

Авторы объясняют, что, во-первых, при очень высоком давлении материя уменьшается во объеме и разделение ранее неиспользованной электронной пары кислорода с ионом водорода (протоном) — это отличный способ сделать это. Это похоже на ковалентную связь с водородом, за исключением того, что оба электрона в паре принадлежат кислороду. Во-вторых, необходимо много доступных протонов, а это значит, что нужна кислая среда, потому что кислоты отдают протоны.

С помощью моделирования ученые проверили, может ли такое произойти с плавиковой кислотой (водный раствор фтороводорода) и обычной водой при экстремальных условиях. Оказалось, что при давлении примерно 1,5 млн атмосфер (1 атмосфера – это примерно 100 000 паскалей) и температуре на уровне примерно 3 тысячи градусов Цельсия возникают совершенно новый водный ион. Он получил название акводий, а его формула представлена так: H4O2+.

Странный Уран

Оказалось, что эта необычная форма воды может раскрыть некоторые загадки ледяных гигантов Солнечной системы – Урана и Нептуна. Обе планеты имеют странные магнитные поля, которые не совпадают с осью вращения планет. Ученые считают, что из-за того, что давление и температура в недрах ледяных миров похожи на значения, используемые в моделировании, то авторы пришли к выводу, что именно акводий может отвечать за создание необычных магнитных полей у Урана и Нептуна.

Авторы исследования объясняют, что водород, который окружает ядро Юпитера в экстремальных условиях превращается в жидкий металл. Он может течь, как течет расплавленная металлическая часть ядра Земли, а его электропроводность обусловлена ​​свободными электронами, общими для всех атомов водорода, которые соединены вместе. Поэтому ученые считают, что на Уране ионы водорода, то есть протоны, являются свободными переносчиками заряда.

Как уже писал Фокус, обнаружена новая планета в пригодном для жизни месте, которая находится в двойной звездной системе. Новая планета похожа на уменьшенный аналог Нептуна, но у нее может быть потенциально обитаемый спутник.

Также Фокус писал о новом открытии, которое сделали астрономы в поясе астероидов Солнечной системы. Он смогли выяснить, каким образом возник впервые обнаруженный двойной спутник у крупного космического камня.