Idruro d’oro solido, la prima volta della chimica estrema
Chimica estrema fra diamanti e oro
Per pura casualità, un gruppo di ricercatori del SLAC National Accelerator Laboratory negli Stati Uniti ha ottenuto per la prima volta un composto formato soltanto da atomi di oro e idrogeno,il cosiddetto idruro d’oro binario solido. L’esito inatteso spalanca nuove prospettive nello studio di materiali sottoposti a condizioni estreme, analoghe a quelle presenti all’interno di alcuni pianeti o nelle regioni dove avviene la fusione nucleare stellare.
Il laboratorio di luce a raggi X in Germania
Gli scienziati si trovavano presso il European XFEL in Germania per indagare la rapidità con cui gli idrocarburi, costituiti da carbonio e idrogeno, si trasformano in diamanti quando sono sottoposti a pressioni e temperature estreme.All’interno dei campioni era stata inserita una sottile lamina d’oro progettata per assorbire i raggi X e trasferire calore a composti che, di per sé, ne assorbono poco.
Dalla formazione di diamanti alla nascita dell’idruro d’oro
Durante gli esperimenti, i modelli di dispersione hanno confermato la crescita della struttura diamantina, ma in simultanea sono apparsi segnali imprevisti: l’idrogeno stava reagendo con la lamina di oro generando idruro d’oro. La sorpresa è stata notevole perché l’oro, di solito, viene considerato chimicamente “pigro”. Mungo Frost, che ha guidato lo studio, ha sottolineato come la nobiltà dell’oro lo avesse reso il candidato ideale come semplice assorbitore di raggi X, non certo come reagente.
Pressioni oltre il mantello terrestre e temperature incandescenti
I campioni sono stati compressi con una cella a incudine di diamante fino a pressioni superiori a quelle del Mantello Terrestre e poi riscaldati oltre 1 770 °C tramite impulsi di raggi X ripetuti. È in questo ambiente al limite che l’idrogeno ha assunto uno stato superionico,densissimo,scorrendo liberamente all’interno della rigida impalcatura atomica dell’oro e aumentando la conduttività del neo-formato idruro.
Osservare l’idrogeno grazie all’oro
In genere gli atomi di idrogeno diffondono i raggi X in maniera così debole da risultare quasi invisibili, ma all’interno della matrice aurifera è stato possibile rilevarne la presenza tramite le variazioni nella dispersione dei raggi X dell’oro stesso. “Possiamo usare la griglia d’oro come se fosse un testimone di ciò che compie l’idrogeno”, ha spiegato Frost.
Implicazioni planetarie e stellari
L’idruro d’oro offre un nuovo sentiero per esaminare l’idrogeno denso in scenari inaccessibili: le regioni interne di pianeti giganti, oppure le zone dove, come nel Sole, l’idrogeno fonde liberando energia. Capire come si comporta questo elemento in condizioni così estreme potrà aiutare a modellare mondi alieni e a perfezionare tecnologie per la futura fusione controllata sulla Terra.
Oro, un metallo meno “nobile” del previsto
Il composto risulta stabile soltanto a pressioni e temperature molto elevate; una volta raffreddato, oro e idrogeno tendono a separarsi. Le simulazioni indicano che,spingendo la pressione,la rete metallica potrebbe accogliere una quantità di idrogeno ancora maggiore. Secondo Siegfried Glenzer, direttore della Divisione Densità ad Alta Energia allo SLAC, la capacità di produrre e descrivere in modo accurato questi stati estremi consente di estendere i modelli a una vasta gamma di materiali esotici.
