Jedna od najneobičnijih stvari u vezi sa Uranom i Neptunom je njihova magnetna polja. Svaka od ovih planeta ima vrelu zbrku magnetosfere, neuređenu i divlje nagnutu od rotacione ose na način koji se ne vidi ni na jednoj drugoj planeti.
Nije sasvim jasno zašto, ali zahvaljujući timu istraživača iz Kine i Rusije mogli bismo da imamo novi deo slagalice: zaista čudan, jonizovani oblik vode nazvan akvadijum koji bi mogao da postoji duboko u unutrašnjosti pod ekstremnim visokim pritiskom. čudni, ledeni svetovi.
Akvadijum se sastoji od normalnog molekula vode sa dva dodatna protona, dajući mu neto pozitivno naelektrisanje koje – u dovoljnim količinama – može da proizvede planetarno magnetno polje poput onih na Uranu i Neptunu.
Planetarna magnetna polja se protežu daleko u prostor oko planeta proizvode ih. Međutim, oni se stvaraju duboko unutar planete pomeranjem naelektrisanja, iako precizan mehanizam može da varira.
Na Zemlji, to je legura gvožđa i nikla koja pljušti oko jezgra, rotira, konvektira i električno provode, pretvarajući svu tu kinetičku energiju u struje elektrona u onome što se zove dinamo. Za Jupiter i Saturn, naučnici misle da je metalni vodonik taj koji obezbeđuje vod za protok elektrona.
Zemlja, Jupiter i Saturn imaju relativno uredna magnetna polja koja podsećaju na ona ogromnog magneta koji se kreće niz rotacionu osu planete, a njegove linije polja poput kaveza uredno povezuju severni i južni pol.
Nasuprot tome, magnetni polovi Urana i Neptuna su nagnuti za 59, odnosno 47 stepeni od svojih rotacionih ose, a linije magnetnog polja se stalno menjaju i pomeraju. I oni zapravo nisu usredsređeni na jezgra planeta.
Jedno od mogućih objašnjenja je da magnetna polja mogu biti generisana jonski provodnom tečnošću, u kojoj su joni nosioci naelektrisanja, a ne fluid koji deluje kao provod za elektrone.
„Vodonik koji okružuje Jupiterovo kamenito jezgro u tim uslovima [visokog pritiska] je tečni metal: može da teče, na način na koji teče rastopljeno gvožđe u unutrašnjosti Zemlje, a njegova električna provodljivost je posledica slobodnih elektrona koje dele svi atomi vodonika. pritisnuti zajedno“, objašnjava teoretski hemičar, mineralog i fizičar Artem Oganov sa Instituta nauke i tehnologije Skolkovo u Rusiji.
„U Uranu, mislimo da su sami vodonikovi joni – to jest, protoni – slobodni nosioci naboja.“
Pitanje je, dakle, koji joni? Neki, poput amonijuma, su očigledne mogućnosti. Ali da li bi molekuli vode na planeti takođe mogli da igraju značajniju ulogu u tom procesu?
Predvođen fizičarom Jingju Houom sa Univerziteta Nankai u Kini, tim istraživača vratio se prvim principima kombinovanim sa modelima načina na koji molekuli mogu da evoluiraju, zadubljujući se u koncept koji se zove hemijska hibridizacija.
Ovo je kada se orbitalni elementi atoma mešaju ili kombinuju da bi se stvorio atom koji se može povezati na nove načine. Postoje različite vrste hibridizacije, ali ovde je relevantna sp 3 hibridizacija, u kojoj četiri orbitale formiraju tetraedarski raspored oko centralnog jezgra.
Svaka od četiri tačke tetraedra ima ili usamljeni elektron sposoban da se poveže sa drugim atomom, ili elektronski par koji ne može da formira veze sa drugim atomima.
Kiseonik ima dva pojedinačna elektrona i dva elektronska para u svojoj spoljašnjoj ljusci. Ako priključite atom vodonika na svaki od dostupnih valentnih elektrona, dobićete H 2 O – vodu.
Ponekad će se vodonik bez svog elektrona – takođe poznat kao običan stari proton – vezati za jedan od elektronskih parova da bi formirao molekul koji se zove hidronijum jon.
„Pitanje je bilo: možete li dodati još jedan proton hidronijum jonu da popuni deo koji nedostaje? Takva konfiguracija u normalnim uslovima je energetski veoma nepovoljna, ali naši proračuni pokazuju da postoje dve stvari koje mogu da dovedu do toga“, kaže fizičar Ksiao Dong sa Univerziteta Nankai.
„Prvo, veoma visok pritisak primorava materiju da smanji svoju zapreminu, a deljenje prethodno neiskorišćenog elektronskog para kiseonika sa vodoničnim jonom (protonom) je uredan način da se to uradi: kao kovalentna veza sa vodonikom, osim oba elektrona u paru dolaze iz kiseonika. Drugo, potrebno vam je puno dostupnih protona, a to znači kiselo okruženje, jer to rade kiseline – one doniraju protone.
Istraživači su sproveli računarsko modeliranje i, pod uslovima sličnim onima za koje se mislilo da postoje unutar Urana i Neptuna, dogodilo se to. Na temperaturama od oko 3.000 stepeni Celzijusa (5.430 Farenhajta) i pritiscima od 1,5 miliona atmosfera, protoni su se vezali za hidronijum da bi formirali H 4 O 2 – akvadijum.
I dalje je teoretski, naravno. Biće potrebna detaljnija posmatranja dve najudaljenije planete da bi se dalje istražila mogućnost; ali otkrića nam daju novi način da razumemo plave čudne kugle koje su Uran i Neptun.
I oni takođe imaju implikacije na hemiju u celini, što predstavlja, pišu istraživači, „važan dodatak tradicionalnim fizičkim i hemijskim teorijama kao što su model odbijanja elektronskih parova valentne ljuske, prenos protona i teorija kiselinske baze“.
