Structura tridimensională a compusului Na2He
O echipă internațională de oameni de știință de la Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, Skoltech, Universitatea Nanjing și Universitatea Stony Brook, condusă de Artem Oganov, a prezis și a reușit să obțină în laborator un compus stabil de sodiu și heliu - Na 2 He. Compuși similari pot apărea în intestinele Pământului și ale altor planete, în condiții de presiune și temperatură foarte ridicate. Cercetare publicată în jurnal Chimia naturii, un comunicat de presă de la Universitatea din Utah relatează și el pe scurt despre articol. Trebuie remarcat faptul că versiunea preliminară a lucrării a fost postată de către autori sub forma unui preprint în 2013.
Heliul, ca și neonul, este elementul cel mai inert din punct de vedere chimic din tabelul periodic și reacționează cu greu datorită învelișului său electron exterior umplut, potențialului ridicat de ionizare și afinității electronilor zero. De multă vreme, oamenii de știință au încercat să găsească compușii săi stabili, de exemplu cu fluor (HHeF și (HeO)(CsF)), clor (HeCl) sau litiu (LiHe), dar astfel de substanțe există pentru o perioadă limitată de timp. Există compuși stabili de heliu (aceștia sunt NeHe 2 și [email protected] 2 O), cu toate acestea, heliul nu are practic niciun efect asupra structurii electronice și este asociat cu alți atomi de forțele van der Waals. Cu toate acestea, situația se poate schimba dacă încercați să lucrați la presiuni mari - în astfel de condiții, gazele nobile devin mai active și formează compuși, cum ar fi oxizi cu magneziu (Mg-NG, unde NG este Xe, Kr sau Ar). Prin urmare, s-a decis să se caute astfel de compuși cu heliu.
Cercetătorii au efectuat o căutare la scară largă pentru posibili compuși stabili ai heliului cu diferite elemente (H, O, F, Na, K, Mg, Li, Rb, Cs și așa mai departe) folosind USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography). ) cod dezvoltat de Oganov și colegii săi în 2004. S-a dovedit că numai sodiul formează un compus stabil cu He la presiuni disponibile pentru experimentele de laborator. Apoi s-a decis să se caute un compus stabil al sistemului Na-He cu o entalpie minimă de formare (adică cele mai stabile) la diferite presiuni. Calculele arată că acesta va fi un compus Na2He. Reacția de formare a acestei substanțe este posibilă la presiuni de peste 160 GPa, în timp ce va fi exotermă, adică. cu degajare de căldură. La presiuni sub 50 GPa, conexiunea va fi instabilă.
Caracteristicile termodinamice ale sistemului Na-He la diferite presiuni
Pentru a testa calculele teoretice, s-a decis să se încerce obținerea compusului prezis folosind nicovale de diamant încălzite prin radiație laser. În ele au fost încărcate plăci subțiri de sodiu, iar restul spațiului a fost umplut cu heliu gazos. În timpul experimentelor, oamenii de știință au luat spectre Raman, în plus, starea sistemului a fost monitorizată vizual și folosind metoda difracției cu raze X cu sincrotron. Datele obţinute au fost apoi comparate cu cele prezise pe baza calculelor.
Structura cristalină a Na2He la 300 GPa (a,b) și distribuția densității electronice în ea (c) o nouă rudă a grafenului, două forme de alumină care există la presiuni mari, precum și pentru prima dată „lipirea” straturilor într-un supraconductor, care, după cum sa dovedit, este însoțit de pierderea proprietăților sale supraconductoare.
Alexandru Voytyuk
MOSCOVA, 6 februarie - RIA Novosti. Chimiștii ruși și străini declară posibilitatea existenței a doi compuși stabili ai celui mai „xenofob” element – heliul, și au confirmat experimental existența unuia dintre ei – heliura de sodiu, potrivit unui articol publicat în revista Nature Chemistry.
„Acest studiu demonstrează cât de complet neașteptate pot fi detectate fenomene folosind cele mai moderne metode teoretice și experimentale. Lucrările noastre ilustrează încă o dată cât de puține știm astăzi despre impactul condițiilor extreme asupra chimiei și despre rolul acestor fenomene asupra proceselor din interiorul planetelor. de explicat”, spune Artem Oganov, profesor la Skoltech și Moscow Phystech din Dolgoprudny.
Secretele gazelor nobile
Materia primară a Universului, care a apărut la câteva sute de milioane de ani după Big Bang, a constat din doar trei elemente - hidrogen, heliu și urme de litiu. Heliul este încă al treilea element cel mai abundent din univers astăzi, dar este extrem de rar pe Pământ, iar rezervele de heliu de pe planetă sunt în continuă scădere datorită faptului că scapă în spațiu.
O trăsătură distinctivă a heliului și a altor elemente din grupa a opta a tabelului periodic, pe care oamenii de știință le numesc „gaze nobile”, este că sunt extrem de reticente - în cazul xenonului și a altor elemente grele - sau, în principiu, ca neonul, sunt incapabil sa intre in reactii chimice. Există doar câteva zeci de compuși de xenon și cripton cu fluor, oxigen și alți agenți oxidanți puternici, zero compuși de neon și un compus de heliu, descoperiți experimental în 1925.
Acest compus, unirea unui proton și heliu, nu este un compus chimic real în sensul strict al cuvântului - heliul în acest caz nu participă la formarea legăturilor chimice, deși afectează comportamentul atomilor de hidrogen lipsiți de un electron. După cum au presupus chimiștii anterior, „moleculele” acestei substanțe ar fi trebuit să fie găsite în mediul interstelar, dar în ultimii 90 de ani, astronomii nu le-au descoperit. Un posibil motiv pentru aceasta este că acest ion este foarte instabil și este distrus la contactul cu aproape orice altă moleculă.
Artem Oganov și echipa sa s-au întrebat dacă compușii de heliu ar putea exista în condiții exotice la care chimiștii terestre se gândesc rar - la presiuni și temperaturi ultra-înalte. Oganov și colegii săi au studiat de multă vreme o astfel de chimie „exotică” și chiar au dezvoltat un algoritm special pentru căutarea unor substanțe care există în astfel de condiții. Cu ajutorul lui, ei au descoperit că acidul ortocarbonic exotic, versiunile „imposibile” ale sării obișnuite de masă și o serie de alți compuși care „încalcă” legile chimiei clasice pot exista în adâncurile giganților gazoși și a altor planete.
Folosind același sistem, oamenii de știință de la USPEX, ruși și străini au descoperit că la presiuni ultra-înalte care depășesc presiunea atmosferică de 150 de mii și un milion de ori, există doi compuși stabili de heliu simultan - helidă de sodiu și oxigelidă de sodiu. Primul compus este format din doi atomi de sodiu și un atom de heliu, în timp ce al doilea este format din oxigen, heliu și doi atomi de sodiu.
Presiunea super-înaltă a făcut ca sarea să „încalce” regulile chimieiChimiștii americani-ruși și europeni au transformat sarea de masă obișnuită într-un compus „imposibil” chimic, ale cărui molecule sunt organizate în structuri exotice cu un număr variabil de atomi de sodiu și clor.Atom pe o nicovală de diamant
Ambele presiuni pot fi obținute cu ușurință folosind nicovale moderne de diamant, lucru pe care colegii lui Oganov l-au făcut sub îndrumarea unui alt rus, Alexander Goncharov de la Laboratorul de geofizică din Washington. După cum au arătat experimentele sale, gelida de sodiu se formează la o presiune de aproximativ 1,1 milioane de atmosfere și rămâne stabilă până la cel puțin 10 milioane de atmosfere.
Interesant este că heliura de sodiu este similară ca structură și proprietăți cu sărurile de fluor, „vecinul” heliului în tabelul periodic. Fiecare atom de heliu din această „sare” este înconjurat de opt atomi de sodiu, similar cu structura fluorurii de calciu sau a oricărei alte săruri a acidului fluorhidric. Electronii din Na2He sunt „atrași” de atomi atât de puternic încât acest compus, spre deosebire de sodiu, este un izolator. Oamenii de știință numesc astfel de structuri cristale ionice, deoarece electronii ocupă rolul și locul ionilor încărcați negativ în ele.
„Compusul pe care l-am descoperit este foarte neobișnuit: deși atomii de heliu nu participă direct la legătura chimică, prezența lor schimbă fundamental interacțiunile chimice dintre atomii de sodiu, contribuind la localizarea puternică a electronilor de valență, ceea ce face din materialul rezultat un izolator.” explică Xiao Dong de la universitatea Nankan din Tianjin (China).
Un alt compus, Na2HeO, s-a dovedit a fi stabil în intervalul de presiune de la 0,15 la 1,1 milioane de atmosfere. Substanța este, de asemenea, un cristal ionic și are o structură similară cu Na2He, doar rolul ionilor încărcați negativ în ei este jucat nu de electroni, ci de atomii de oxigen.
Interesant este că toate celelalte metale alcaline, care au o reactivitate mai mare, sunt mult mai puțin probabil să formeze compuși cu heliu la presiuni care depășesc presiunea atmosferică de cel mult 10 milioane de ori.
Oganov și colegii săi atribuie acest lucru faptului că orbitele de-a lungul cărora electronii se mișcă în atomii de potasiu, rubidiu și cesiu se modifică considerabil odată cu creșterea presiunii, ceea ce nu se întâmplă cu sodiul, din motive care nu sunt încă clare. Oamenii de știință cred că gelida de sodiu și alte substanțe similare pot fi găsite în nucleele unor planete, pitice albe și alte stele.
Molecula de litiu heliu LiHe este una dintre cele mai fragile molecule cunoscute. Dimensiunea sa este de peste zece ori dimensiunea moleculelor de apă.
Structura condiționată a atomilor de heliu (stânga) și litiu (dreapta).
© Universitatea din Birmingham
După cum se știe, atomii și moleculele neutre pot forma legături mai mult sau mai puțin stabile între ele în trei moduri. În primul rând, cu ajutorul legăturilor covalente, atunci când doi atomi împărtășesc una sau mai multe perechi de electroni comune. Legăturile covalente sunt cele mai puternice dintre cele trei. Energia caracteristică a ruperii lor este de obicei egală cu câțiva electroni volți.
Legături covalente de hidrogen semnificativ mai slabe. Aceasta este atracția care are loc între un atom de hidrogen legat și un atom electronegativ al unei alte molecule (de obicei un astfel de atom este oxigenul sau azotul, mai rar fluorul). În ciuda faptului că energia legăturilor de hidrogen este de sute de ori mai mică decât a legăturilor covalente, acestea sunt cele care determină în mare măsură proprietățile fizice ale apei și joacă, de asemenea, un rol crucial în lumea organică.
În cele din urmă, cea mai slabă este așa-numita interacțiune van der Waals. Uneori se mai numește și dispersat. Apare ca urmare a interacțiunii dipol-dipol a doi atomi sau molecule. În acest caz, dipolii pot fi fie inerenți în molecule (de exemplu, apa are un moment dipol), fie pot fi induși ca rezultat al interacțiunii.
O diagramă condiționată care explică cum apar forțele de dispersie.© Universitatea din Akron
Energia caracteristică a legăturii van der Waals este unități de kelvin (electron-voltul menționat mai sus corespunde la aproximativ 10.000 kelvin). Cel mai slab dintre van der Waals este cuplarea dintre doi dipoli induși. Dacă există doi atomi nepolari, atunci, ca urmare a mișcării termice, fiecare dintre ei are un anumit moment de dipol oscilant aleator (învelișul de electroni, așa cum ar fi, tremură ușor în raport cu nucleul). Aceste momente, interacționând între ele, au ca rezultat predominant astfel de orientări încât doi atomi încep să se atragă.
Cel mai inert dintre toți atomii este heliul. Nu intră în legături covalente cu niciun alt atom. În același timp, valoarea polarizabilității sale este foarte mică, adică îi este dificil să formeze legături dispersate. Există, totuși, o circumstanță importantă. Electronii dintr-un atom de heliu sunt legați atât de puternic de nucleu, încât acesta poate fi aduși foarte aproape de alți atomi fără teama de forțe de respingere - până la o distanță de ordinul razei acestui atom. Forțele dispersate cresc foarte repede odată cu scăderea distanței dintre atomi - invers proporțional cu puterea a șasea a distanței!
De aici s-a născut ideea: dacă aduceți doi atomi de heliu aproape unul de celălalt, atunci între ei va apărea totuși o legătură fragilă van der Waals. Acest lucru, într-adevăr, a fost realizat la mijlocul anilor 1990, deși a necesitat un efort considerabil. Energia unei astfel de legături este de numai 1 mK, iar molecula He₂ a fost detectată în cantități mici în jeturile de heliu suprarăcite.
În același timp, proprietățile moleculei He₂ sunt în multe privințe unice și neobișnuite. Deci, de exemplu, dimensiunea sa este de... aproximativ 5 nm! Pentru comparație, dimensiunea unei molecule de apă este de aproximativ 0,1 nm. În același timp, energia potențială minimă a moleculei de heliu cade pe o distanță mult mai mică - aproximativ 0,2 nm - totuși, de cele mai multe ori - aproximativ 80% - atomii de heliu din moleculă petrec în modul tunel, adică în regiunea în care sunt situate în cadrul mecanicii clasice nu ar putea.
Așa arată o moleculă de heliu.Distanța medie dintre atomi depășește cu mult dimensiunea acestora.
© Institut für Kernphysik, J. W. Goethe Universität
Următorul atom ca mărime după heliu este litiu, așa că după obținerea moleculei de heliu a devenit firesc să studiem posibilitatea de a stabili legătura dintre heliu și litiu. În 2013, oamenii de știință au reușit în sfârșit să facă exact asta. Molecula de litiu-heliu LiHe are o energie de legare mai mare decât heliu-heliu - 34 ± 36 mK, iar distanța dintre atomi, dimpotrivă, este mai mică - aproximativ 2,9 nm. Cu toate acestea, chiar și în această moleculă, atomii se află de cele mai multe ori în stările clasic interzise sub bariera energetică. Interesant este că potențialul puțului pentru molecula de LiHe este atât de mic încât poate exista într-o singură stare de energie vibrațională, care este de fapt o scindare dubletă datorită spinului atomului ⁷Li. Constanta sa de rotație este atât de mare (aproximativ 40 mK) încât excitarea spectrului de rotație duce la distrugerea moleculei.
Potențialele moleculelor în discuție (curbe solide) și modulul pătrat al funcțiilor de undă ale atomilor din acestea (curbe întrerupte). Punctele sunt de asemenea marcate PM - minim potențial, OTP - punct de cotitură extern pentru cel mai scăzut nivel de energie, MIS - distanța medie ponderată între atomi.© Brett Esry/Kansas State University
Până acum, rezultatele obținute sunt interesante doar din punct de vedere fundamental. Cu toate acestea, ele sunt deja de interes pentru domenii conexe ale științei. Astfel, grupurile de heliu din multe particule pot deveni un instrument pentru studierea efectelor întârzierii în vidul Casimir. Studiul interacțiunii heliu-heliu este, de asemenea, important pentru chimia cuantică, care ar putea testa modelele sale pe acest sistem. Și, desigur, nu există nicio îndoială că oamenii de știință vor veni cu alte aplicații interesante și importante pentru obiecte atât de extravagante precum moleculele He₂ și LiHe.
Oamenii de știință au reușit să obțină și să înregistreze molecula de litiu-heliu LiHe. Este una dintre cele mai fragile molecule cunoscute. Și dimensiunea sa este de peste zece ori mai mare decât dimensiunea moleculelor de apă.
După cum se știe, atomii și moleculele neutre pot forma legături mai mult sau mai puțin stabile între ele în trei moduri. În primul rând, cu ajutorul legăturilor covalente, atunci când doi atomi împărtășesc una sau mai multe perechi de electroni comune. Legăturile covalente sunt cele mai puternice dintre cele trei. Energia caracteristică a ruperii lor este de obicei egală cu câțiva electroni volți.
Legături covalente de hidrogen semnificativ mai slabe. Aceasta este atracția care are loc între un atom de hidrogen legat și un atom electronegativ al unei alte molecule (de obicei, un astfel de atom este oxigenul sau azotul, mai rar fluorul). În ciuda faptului că energia legăturilor de hidrogen este de sute de ori mai mică decât a legăturilor covalente, acestea sunt cele care determină în mare măsură proprietățile fizice ale apei și joacă, de asemenea, un rol crucial în lumea organică.
În cele din urmă, cea mai slabă este așa-numita interacțiune van der Waals. Uneori se mai numește și dispersat. Apare ca urmare a interacțiunii dipol-dipol a doi atomi sau molecule. În acest caz, dipolii pot fi fie inerenți în molecule (de exemplu, apa are un moment dipol), fie pot fi induși ca rezultat al interacțiunii.
Energia caracteristică a legăturii van der Waals este unități de kelvin (electron-voltul menționat mai sus corespunde la aproximativ 10.000 kelvin). Cel mai slab dintre van der Waals este cuplarea dintre doi dipoli induși. Dacă există doi atomi nepolari, atunci, ca urmare a mișcării termice, fiecare dintre ei are un anumit moment de dipol oscilant aleator (învelișul de electroni, așa cum ar fi, tremură ușor în raport cu nucleul). Aceste momente, interacționând între ele, au ca rezultat predominant astfel de orientări încât doi atomi încep să se atragă.
Cel mai inert dintre toți atomii este heliul. Nu intră în legături covalente cu niciun alt atom. În același timp, valoarea polarizabilității sale este foarte mică, adică îi este dificil să formeze legături dispersate. Există, totuși, o circumstanță importantă. Electronii dintr-un atom de heliu sunt legați atât de puternic de nucleu, încât acesta poate fi aduși foarte aproape de alți atomi fără teama de forțe de respingere - până la o distanță de ordinul razei acestui atom. Forțele dispersate cresc foarte repede odată cu scăderea distanței dintre atomi - invers proporțional cu puterea a șasea a distanței!
De aici s-a născut ideea: dacă aduceți doi atomi de heliu aproape unul de celălalt, atunci între ei va apărea totuși o legătură fragilă van der Waals. Acest lucru, într-adevăr, a fost realizat la mijlocul anilor 1990, deși a necesitat un efort considerabil. Energia unei astfel de legături este de numai 1 mK, iar molecula de He2 a fost detectată în cantități mici în jeturile de heliu suprarăcite.
În același timp, proprietățile moleculei He2 sunt în multe privințe unice și neobișnuite. Deci, de exemplu, dimensiunea sa este de... aproximativ 5 nm! Pentru comparație, dimensiunea unei molecule de apă este de aproximativ 0,1 nm. În același timp, energia potențială minimă a moleculei de heliu cade pe o distanță mult mai mică - aproximativ 0,2 nm - totuși, de cele mai multe ori - aproximativ 80% - atomii de heliu din moleculă petrec în modul tunel, adică în regiunea în care sunt situate în cadrul mecanicii clasice nu ar putea.
Următorul atom ca mărime după heliu este litiu, așa că după obținerea moleculei de heliu a devenit firesc să studiem posibilitatea de a stabili legătura dintre heliu și litiu. Și acum, în sfârșit, oamenii de știință au reușit să facă asta. Molecula de litiu-heliu LiHe are o energie de legare mai mare decât heliu-heliu - 34 ± 36 mK, iar distanța dintre atomi, dimpotrivă, este mai mică - aproximativ 2,9 nm. Cu toate acestea, chiar și în această moleculă, atomii se află de cele mai multe ori în stările clasic interzise sub bariera energetică. Interesant este că potențialul bine pentru molecula de LiHe este atât de mic încât poate exista într-o singură stare de energie vibrațională, care este de fapt o scindare dubletă din cauza spin-ului atomului 7Li. Constanta sa de rotație este atât de mare (aproximativ 40 mK) încât excitarea spectrului de rotație duce la distrugerea moleculei.
Brett Esry/Universitatea de Stat din Kansas
Până acum, rezultatele obținute sunt interesante doar din punct de vedere fundamental. Cu toate acestea, ele sunt deja de interes pentru domenii conexe ale științei. Astfel, grupurile de heliu din multe particule pot deveni un instrument pentru studierea efectelor întârzierii în vidul Casimir. Studiul interacțiunii heliu-heliu este, de asemenea, important pentru chimia cuantică, care ar putea testa modelele sale pe acest sistem. Și, desigur, nu există nicio îndoială că oamenii de știință vor veni cu alte aplicații interesante și importante pentru obiecte atât de extravagante precum moleculele He2 și LiHe.
Poate ai auzit expresia „ești făcut din praf de stele” – și este adevărat. Multe dintre particulele care alcătuiesc corpul tău și lumea din jurul tău s-au format în interiorul stelelor cu miliarde de ani în urmă. Dar există unele materiale care s-au format chiar la început, după nașterea Universului.
Unii astronomi cred că au apărut la doar câteva minute după Big Bang. Cele mai abundente elemente din univers sunt hidrogenul și heliul, cu o cantitate foarte mică de litiu chimic.
Astronomii pot determina cu puțină precizie cât de mult litiu era în universul timpuriu. Pentru a face acest lucru, trebuie să explorați cele mai vechi stele. Dar rezultatele obținute nu se potrivesc - la stelele vechi s-a dovedit a fi de 3 ori mai puțin litiu decât se aștepta să fie găsit! Motivul acestui mister este încă necunoscut.
Să aruncăm o privire mai atentă...
Strict vorbind, la nivelul actual al observațiilor noastre, nu ar trebui să existe nicio eroare: există foarte puțin litiu. Situația sugerează clar o nouă fizică, un proces necunoscut nouă care a avut loc imediat după Big Bang.
Cel mai recent studiu pe această temă a atins regiunile cel mai puțin schimbate de la Big Bang - atmosferele vechilor stele situate la periferia Căii Lactee. Deoarece sunt izolate de miez, unde poate fi produs litiu, probabilitatea unei contaminări târzii care afectează rezultatele ar trebui să fie extrem de mică. Atmosfera lor conține doar aproximativ o treime din nivelul prezis de simulările pentru litiu-7. Motivele? O explicație oferită este că s-a înecat. Litiul din atmosfera stelelor a început pur și simplu să se scufunde în materia stelelor, ajungând treptat la adâncimea acestora. Prin urmare, nu este vizibil în atmosferele lor.
Christopher Hawk de la Universitatea Notre Dame (Indiana, SUA) și colegii sai s-au angajat să verifice rezultatele pe baza datelor din Micul Nor Magellanic, o galaxie satelit a Căii Lactee. Și pentru a scăpa de datele din efectul „pângerii litiului” și a altor influențe ale proceselor stelare locale, cercetătorii au analizat conținutul de gaz interstelar din această galaxie pitică, sugerând că ar trebui să fie mândru de litiul său: pur și simplu nu are ce să se înece aici.
Folosind observațiile de la Very Large Telescope al Observatorului European de Sud, astronomii au găsit la fel de mult litiu cât a prezis modelul Big Bang, după cum a raportat jurnalul Nature. Dar acest lucru, din păcate, nu a ajutat prea mult la rezolvarea problemei. Faptul este că litiul se formează în mod constant în Univers în cursul proceselor naturale, iar exploziile de supernove îl distribuie uniform în întreaga Metagalaxie, ca toate celelalte elemente produse în adâncime. Noile rezultate, potrivit lui Christopher Hawke, nu au făcut decât să exacerbeze misterul litiului: „Putem vorbi despre o soluție la această problemă numai dacă nu a existat nicio modificare a cantității de litiu disponibilă de la Big Bang”. Și asta doar la scara Micului Nor Magellanic!
Cel mai important, este foarte greu de imaginat că pentru aproximativ 12-13 miliarde de ani de fuziune termonucleară, care a creat elementele foarte grele care fac posibilă viața pe Pământ, litiul nu a fost produs dintr-un anumit motiv. Cel puțin ideile noastre actuale despre nucleosinteza termonucleară nu ne permit să propunem o astfel de ipoteză.
Și mai rău, o nouă lucrare a lui Miguel Pato de la Universitatea Tehnică din München (Germania) și Fabio Iocco de la Universitatea din Stockholm (Suedia) a arătat că nu numai găurile negre supermasive din nucleele galaxiilor, ci și cele mai comune (și mai mult). numeroase) găurile negre de origine stelară trebuie să genereze litiu în discurile lor de acreție și destul de intens.
Acum se dovedește că practic fiecare microquasar (pur și simplu un sistem BH - un disc de acreție) trebuie să creeze litiu. Dar, teoretic, ar trebui să fie mult mai mulți decât SMBH, notează Miguel Pato.
Pe scurt, nu există încă claritate cu privire la această problemă. Christopher Hawke, de exemplu, sugerează că imediat după Big Bang, unele reacții exotice din punct de vedere fizic ar putea avea loc în Univers, la care au participat particule de materie întunecată și au suprimat formarea litiului. Acest lucru ar putea explica de ce există mai mult litiu în Micul Nor Magellanic decât în galaxia noastră: galaxiile pitice, care includ MMO, ar fi trebuit să fie mai puțin active în atragerea materiei întunecate în Universul timpuriu. Aceasta înseamnă că aceste reacții ipotetice au avut un efect mai mic asupra concentrației de litiu din ele. Domnul Hawk intenționează să testeze această idee cu ajutorul unui studiu mai aprofundat al Micului Nor Magellanic...
Până acum, am putut căuta litiu doar în cele mai apropiate stele ale galaxiei noastre. Și astfel un grup de astronomi a reușit să determine nivelul conținutului de litiu într-un grup de stele din afara galaxiei noastre.
Clusterul stelar Messier 54 are un secret - nu aparține Căii Lactee și face parte dintr-o galaxie satelit - o galaxie eliptică pitică în Săgetător. Această locație a clusterului a permis oamenilor de știință să verifice dacă abundența de litiu în stelele din afara Căii Lactee este, de asemenea, scăzută.
În vecinătatea Căii Lactee, există peste 150 de grupuri de stele globulare, care constau din sute de mii de stele antice. Un astfel de grup, împreună cu altele din constelația Săgetător, a fost descoperit la sfârșitul secolului al XVIII-lea de către vânătorul de comete francez Charles Messier și îi poartă numele Messier 54.
Timp de mai bine de două secole, oamenii de știință au crezut în mod eronat că M54 este același cluster ca toate celelalte din Calea Lactee, dar în 1994 s-a descoperit că acest cluster stelar aparține unei alte galaxii - galaxia pitică eliptică din Săgetător. S-a descoperit că obiectul se află la 90.000 de ani lumină de Pământ, de peste trei ori distanța dintre Soare și centrul galaxiei.
În acest moment, astronomii monitorizează M54 cu VLT Survey, încercând să rezolve una dintre cele mai derutante întrebări din astronomia modernă referitoare la prezența litiului în stele.
În această imagine puteți vedea nu numai clusterul în sine, ci și un prim plan foarte dens, format din stelele Căii Lactee. Fotografie de ESO.
Anterior, astronomii au putut determina doar abundența de litiu în stelele Căii Lactee. Cu toate acestea, o echipă de cercetare condusă de Alessio Mucciarelli de la Universitatea din Bologna a folosit acum sondajul VLT pentru a măsura abundența litiului în clusterul de stele extragalactic M54. Studiul a arătat că cantitatea de litiu din vechile stele M54 nu diferă de stelele din Calea Lactee. Prin urmare, oriunde litiul dispare, Calea Lactee nu are absolut nimic de-a face cu el.
litiu metalic
Litiul este cel mai ușor metal, de 5 ori mai ușor decât aluminiul. Litiul și-a primit numele deoarece a fost găsit în „pietre” (greacă λίθος - piatră). Numele a fost sugerat de Berzelius. Este unul dintre cele trei elemente (pe lângă hidrogen și heliu) care s-au format în timpul erei nucleosintezei primordiale după Big Bang, înainte de nașterea stelelor. De atunci, concentrația sa în univers a rămas practic neschimbată.
Litiul poate fi numit pe bună dreptate elementul cel mai important al civilizației moderne și dezvoltării tehnologiei. În trecut și înaintea secolului trecut, indicatorii producției celor mai importanți acizi și metale, apă și purtători de energie au fost criteriile de dezvoltare a puterii industriale și economice a statelor. În secolul 21, litiul a intrat ferm și permanent pe lista unor astfel de indicatori. Astăzi, litiul are o importanță economică și strategică excepțională în țările industriale avansate.
Prin studierea noii stele Nova Delphini 2013 (V339 Del), astronomii au reușit să descopere precursorul chimic al litiului, făcând astfel primele observații directe ale proceselor de formare a celui de-al treilea element din tabelul periodic - care anterior fusese presupus doar teoretic.
„Până acum, oamenii de știință nu au avut dovezi directe ale formării litiului în stele noi, dar după efectuarea studiului nostru, putem spune că au loc astfel de procese”, a spus autorul principal al noii lucrări științifice, Akito Taitsu de la Observatorul Național. a Japoniei.
Exploziile de stele noi apar atunci când, într-un sistem stelar binar apropiat, materia curge de la una dintre stelele sale constitutive la suprafața unei stele însoțitoare - o pitică albă. O reacție termonucleară necontrolată provoacă o creștere bruscă a luminozității unei stele, care, la rândul său, duce la formarea unor elemente mai grele decât hidrogenul și heliul, care sunt prezente în cantități semnificative în interiorul majorității stelelor universului.
Unul dintre elementele chimice formate în urma unei astfel de explozii este izotopul larg răspândit de litiu Li-7. În timp ce majoritatea elementelor chimice grele se formează în nucleele stelelor și în exploziile supernovei, Li-7 este un element prea fragil pentru a rezista la temperaturile ridicate menținute în majoritatea nucleelor stelare.
O parte din litiul prezent în univers s-a format ca urmare a Big Bang-ului. În plus, s-ar putea forma unele cantități de litiu ca urmare a interacțiunii razelor cosmice cu stelele și materia interstelară. Cu toate acestea, aceste procese nu explică cantitățile excesive de litiu prezente în univers astăzi.
În anii 1950 Oamenii de știință au sugerat că litiul din Univers poate fi format din izotopul de beriliu Be-7, care se formează lângă suprafața stelelor și poate fi transferat în spațiul cosmic, unde efectul temperaturilor ridicate asupra materialului este redus, iar noul litiul format rămâne într-o stare stabilă. Cu toate acestea, până acum, observațiile de pe Pământ ale litiului format lângă suprafața unei stele au fost o sarcină destul de dificilă.
Taitsu și echipa sa au folosit telescopul Subaru din Hawaii pentru observațiile lor. În timpul perioadei de observație, echipa a înregistrat clar modul în care nuclidul Be-7, care are un timp de înjumătățire de 53 de zile, s-a transformat în Li-7.
