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  • El elemento más simple:convertir hidrógeno en grafeno

    Una comparación del compuesto de carbono grafeno con una estructura similar basada en hidrógeno sintetizada por científicos de Carnegie. Crédito:Ivan Naumov y Russell Hemley de Carneige

    El nuevo trabajo de Ivan Naumov y Russell Hemley de Carnegie profundiza en la química subyacente a algunas observaciones recientes sorprendentes sobre el hidrógeno, y revela notables paralelos entre el hidrógeno y el grafeno bajo presiones extremas. Su trabajo es la historia de portada de la edición de diciembre de Cuentas de investigación química .

    El hidrógeno es el elemento más abundante del cosmos. Con un solo electrón por átomo, es engañosamente simple. Como resultado, El hidrógeno ha sido un campo de pruebas para las teorías del enlace químico desde el nacimiento de la mecánica cuántica hace un siglo. Comprender la naturaleza de los enlaces químicos en entornos extremos es crucial para ampliar nuestra comprensión de la materia en la amplia gama de condiciones que se encuentran en el universo.

    Observar el comportamiento del hidrógeno a presiones muy altas ha sido un gran desafío para los investigadores. Pero recientemente los equipos han podido observar que a presiones de 2 a 3,5 millones de veces la presión atmosférica normal se transforma en una estructura inesperada que consta de láminas en capas, en lugar de un metal compacto como se había predicho hace muchos años.

    Estas láminas de hidrógeno se parecen al compuesto de carbono grafeno. Cada una de las capas de grafeno está construida con una estructura de panal hecha de anillos de carbono de seis átomos. Este grafeno de carbono convencional, sintetizado por primera vez hace una década, es muy ligero, pero increíblemente fuerte, y conduce el calor y la electricidad de manera muy eficiente. Estas propiedades prometen una tecnología revolucionaria, incluyendo electrónica óptica avanzada para pantallas, células fotovoltaicas de alto funcionamiento, y baterías mejoradas y otros dispositivos de almacenamiento de energía.

    El nuevo trabajo de Naumov y Hemley muestra que la estabilidad de la estructura de hidrógeno inusual surge de la estabilidad intrínseca de sus anillos de hidrógeno. Estos anillos se forman debido a la denominada aromaticidad, que se entiende bien en moléculas que contienen carbono como el benceno, así como en grafeno. Las estructuras aromáticas adoptan una forma anular que se puede considerar como carbonos de enlace simple y doble alternados. Pero lo que realmente sucede es que los electrones que forman estos enlaces teóricamente alternos se deslocalizan y flotan en un círculo compartido alrededor del interior del anillo, aumento de la estabilidad.

    El estudio de Naumov y Hemley también indica que el hidrógeno inicialmente se convierte en un metal oscuro y poco conductor como el grafito en lugar de un metal brillante convencional y un buen conductor. como se sugirió originalmente en cálculos teóricos que se remontan a la década de 1930 utilizando los primeros modelos de mecánica cuántica para sólidos.

    Aunque el descubrimiento de este carácter de lámina en capas de hidrógeno denso ha sido una sorpresa para muchos, Los químicos hace 30 años, antes del descubrimiento del grafeno, predijeron la estructura basándose en simples consideraciones químicas. Su trabajo está validado y ampliado por los nuevos hallazgos.

    "En general, Nuestros resultados indican que la unión química ocurre en un rango de condiciones mucho más amplio de lo que la gente había considerado previamente. Sin embargo, los efectos estructurales de ese enlace químico en condiciones extremas pueden ser muy diferentes a los observados en las condiciones ordinarias que nos son familiares, "Dijo Hemley.


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