Sciencemag.cz
Doporučujeme
H4O 2+, co že to má být? Bratranec H3O+. Aquodium.
Vědci z moskevského Skoltechu a jejich čínští kolegové určili podmínky, které umožňují existenci velmi zvláštního iontu. Nazvali ho aquodium a lze si ho představit jako obyčejnou neutrální molekulu vody, ke které jsou přilepeny dva další protony, tedy souhrnně H4O 2+.
Autoři studie se domnívají, že tento iont by mohl být v nitru Uranu a Neptunu stabilní, a pokud je to pravda, měl by hrát roli v mechanismu, který je příčinou vzniku neobvyklých magnetických polí těchto planet.
Magnetickým polím Uranu a Neptunu přitom dosud nerozumíme tak dobře jako magnetickým polím Jupiteru a Saturnu – nebo naší planety.
V zemském nitru vytváří magnetismus cirkulace elektronicky vodivé kapalné slitiny železa a niklu. Hluboko v nitru Jupiteru a Saturnu je podle všeho vodík stlačen do kovového stavu a dává vzniknout magnetickému poli podobným způsobem.
Naproti tomu se předpokládá, že magnetická pole Uranu a Neptunu vznikají v důsledku cirkulace iontově vodivého prostředí, kde jsou ionty, z nichž se skládají, samy o sobě nositeli náboje, a nikoli pouze podpůrnou strukturou umožňující tok elektronů.
Kdyby planetologové přesně věděli, jaké ionty a v jakém poměru se na tom podílejí, možná by mohli zjistit, proč jsou magnetosféry ledových obrů tak podivné: nesouměrné se směrem rotace planet a posunuté od jejich fyzikálních středů.
„Vodík obklopující kamenné jádro Jupiteru je za těchto podmínek tekutý kov: může téct, podobně jako teče roztavené železo v nitru Země, a jeho elektrická vodivost je způsobena volnými elektrony, které sdílejí všechny atomy vodíku stlačené k sobě. V případě Uranu se domníváme, že volnými nosiči náboje jsou samotné vodíkové ionty, tj. protony. Ne nutně jako samostatné ionty H+, ale možná ve formě hydronia H3O+, amonia NH4+ a řady dalších iontů. Naše studie přidává ještě jednu možnost, iont H4O2+, která je z chemického hlediska nesmírně zajímavá,“ uvádí spoluautor studie Artem R. Oganov z moskevského Skoltechu.
H4O 2+ je prostě „dalším stupněm“ běžného „kyselého“ iontu H3O+. Za běžných podmínek je taková struktura samozřejmě energeticky velmi nevýhodná, jinak bychom ji už zaznamenali. Simulace/výpočty ukazují, že H4O 2+ vyžaduje pro stabilní existenci 2 hlavní podmínky – vysoký tlak (stlačující jednotlivé složky do menšího objemu/chemických vazeb) a kyselé prostředí s přebytkem protonů.
Přesněji řečeno, podle simulací při tlaku asi 1,5 milionu atmosfér a teplotě kolem 3 000 stupňů Celsia vznikají reakcí H2O a HF ionty H4O 2+. Možná, že by aquodium mohlo za těchto extrémních podmínek dokonce tvořit dosud neznámé minerály (zmiňuje se třeba právě fluorid, kdy v krystalové mřížce vedle sebe existují H4O 2+ a F-).
Jingyu Hou et al, H4O2+ ion stabilized by pressure, Physical Review B (2024). DOI: 10.1103/PhysRevB.109.174102
Zdroj: Skolkovo Institute of Science and Technology / Phys.org
V odborných článcích by snad mělo být možné psát ve vzorcích dolní a horní indexy.