Исследователи из США сумели получить экзотические вещества из обычной соли

Всё вокруг нас состоит из различных химических элементов, которые учёные достаточно неплохо изучили на протяжении последних 200 лет. Однако всё, что нам известно об элементах, разваливается на части, как только они подвергаются воздействию экстремальных температур и давлений. Так, например, исследователи из США только что сумели превратить обычную пищевую соль сразу в несколько экзотических веществ.

Соль состоит из одной части натрия и одной части хлора. Если она каким-то образом окажется в центре Земли, где давление в три миллиона раз больше, чем на поверхности, кристаллическая структура соли изменится, но соотношение двух этих элементов останется тем же.

Виталий Прокопенко и его коллеги из Университета Чикаго решили выяснить, что случится, если при таком давлении изменить соотношение базовых элементов в составе соли.

А «соль» ситуации заключается в том, что при настолько высоком давлении поведение элементов радикально меняется. Например, молекулы кислорода, которые обычно состоят из двух атомов, при высоком давлении разрушаются, и элемент формирует восьмиатомный «ящик». Поднимите давление ещё немного, до 300 тысяч атмосфер – и кислород начнёт проявлять свойства сверхпроводника.

Расчёты Виталия Прокопенко и его коллеги из Университета Нью-Йорка Артёма Органова показали, что при высоком давлении (от 20 до 142 гигапаскаль, 1 гПа примерно равен 10 тысячам атмосфер) можно получить и стабилизировать такие экзотические вещества как NaCl3, Na3Cl, Na2Cl, Na3Cl2, и NaCl7. Физика высоких давлений имеет много моделей для предсказания поведения элементов в экстремальных условиях, но эти модели очень редко согласуются с экспериментальными данными.

Однако в данном случае эксперимент полностью подтвердил теоретические выкладки, по крайней мере, в случае двух веществ: Na3Cl и NaCl3. Для получения этих причудливых химикатов понадобился особый инструмент под названием «алмазная наковальня». В нём вещество помещается между двумя алмазами, которые можно сжать для получения давлений вплоть до 300 гПа.

Возможно, для этих результатов нет немедленного практического применения. Вместо этого, исследователи открыли учёным двери для экспериментов с другими веществами, чтобы получить иные экзотические комбинации, которые будут оставаться стабильными при комнатных температурах. Хорошим примером подобного вещества являются алмазы. В природе они формируются в недрах Земли, где под невероятным давлением происходит трансформация структуры углерода. Но сформировавшись, они остаются стабильными практически при любых внешних условиях – и это их свойство чрезвычайно полезно для нас.

Другие применения таким веществам лежат за пределами нашей планеты. Каждая планета во вселенной имеет в своём составе множество материалов, находящихся под большим давлением. Например, на Юпитере, как гласят прогнозы, есть металлический водород, в котором электроны могут двигаться так, как захотят. Как ожидается, такой водород будет сверхпроводящим при комнатной температуре.

Но даже, если у этого открытия не окажется никаких других применений – работа Прокопенко показывает, что даже такое простое вещество, как обычная пищевая соль может быть успешно трансформирована в совершенно незнакомые нам составы. А это означает, что нам ещё многое предстоит узнать о самых привычных нам элементах.