Самый простой элемент: превращение водорода в «графен»

Водород – самый распространенный элемент в космосе. Имея всего один электрон на атом, это обманчиво просто.

В результате водород стал испытательной площадкой для теорий химической связи с момента зарождения квантовой механики столетие назад. Понимание природы химической связи в экстремальных условиях имеет решающее значение для расширения нашего понимания материи в широком диапазоне условий, существующих во Вселенной.
Наблюдение за поведением водорода при очень высоких давлениях было сложной задачей для исследователей.

Но недавно команды смогли заметить, что при давлении 2: 3.Давление, превышающее нормальное атмосферное, в 5 миллионов раз превратится в неожиданную структуру, состоящую из слоистых листов, а не из плотно упакованного металла, как предсказывали много лет назад.
Эти водородные листы напоминают углеродное соединение графен. Каждый слой графена состоит из ячеистой структуры, состоящей из шестиатомных углеродных колец.

Этот обычный углеродный графен, впервые синтезированный около десяти лет назад, очень легкий, но невероятно прочный и очень эффективно проводит тепло и электричество. Эти свойства обещают революционные технологии, включая передовую оптическую электронику для экранов, высокоэффективные фотоэлектрические элементы, а также улучшенные батареи и другие устройства хранения энергии.

Новая работа Наумова и Хемли показывает, что стабильность необычной водородной структуры возникает из внутренней стабильности его водородных колец. Эти кольца образуются из-за так называемой ароматичности, которая хорошо понимается в углеродсодержащих молекулах, таких как бензол, а также в графене.

Ароматические структуры принимают кольцевую форму, которую можно рассматривать как чередование атомов углерода с одинарными и двойными связями. Но на самом деле происходит то, что электроны, составляющие эти теоретически чередующиеся связи, становятся делокализованными и плавают по общему кругу внутри кольца, повышая стабильность.
Исследование Наумова и Хемли также указывает на то, что водород изначально становится темным металлом с плохой проводимостью, таким как графит, вместо обычного блестящего металла и хорошего проводника, как это было первоначально предложено в теоретических расчетах еще в 1930-х годах с использованием ранних квантово-механических моделей твердых тел.

Хотя открытие этого слоистого свойства плотного водорода стало неожиданностью для многих, химики 30 лет назад – до открытия графена – предсказали структуру, основываясь на простых химических соображениях. Их работа подтверждена и расширена новыми выводами.
«В целом, наши результаты показывают, что химическое связывание происходит в гораздо более широком диапазоне условий, чем считалось ранее.

Однако структурные эффекты этой химической связи в экстремальных условиях могут сильно отличаться от тех, которые наблюдаются в обычных условиях, которые нам знакомы », – сказал Хемли.

Блог автомобилиста