Неожиданное открытие: золото образует соединение с водородом в экстремальных условиях

Случайное открытие гидрида золота при экстремальных температуре и давлении может изменить наше понимание химии золота, водорода и экстремальных сред. Фото: SLAC National Accelerator Laboratory

Международная команда учёных из Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) впервые случайно синтезировала твёрдый бинарный гидрид золота — соединение, состоящее исключительно из атомов золота и водорода.

Изначально исследователи изучали процесс образования алмазов из углеводородов при сверхвысоких давлении и температуре. В экспериментах на Европейском XFEL (рентгеновском лазере на свободных электронах) в Германии они использовали золотую фольгу для поглощения рентгеновских лучей и нагрева углеводородных образцов. К их удивлению, помимо алмазов, они обнаружили образование гидрида золота.

«Это было неожиданно, потому что золото обычно химически инертно — именно поэтому мы используем его как поглотитель рентгеновских лучей в таких экспериментах», — пояснил Манго Фрост, ведущий автор исследования. «Результаты показывают, что в экстремальных условиях, где влияние температуры и давления начинает конкурировать с традиционной химией, можно обнаружить множество новых экзотических соединений».

Результаты, опубликованные в журнале Angewandte Chemie International Edition, дают представление о том, как меняются законы химии в экстремальных условиях, подобных тем, что существуют внутри некоторых планет или звёзд, где происходит термоядерный синтез водорода.

Эксперимент в экстремальных условиях

Учёные сжали образцы углеводородов до давления, превышающего давление в мантии Земли, с помощью алмазной наковальни, а затем нагрели их до температуры свыше 1900°C (3500°F), облучая импульсами рентгеновского лазера. Анализ рассеяния рентгеновских лучей показал не только образование алмазов, но и неожиданные сигналы, свидетельствующие о реакции водорода с золотой фольгой.

В этих условиях водород перешёл в плотное «суперионное» состояние, где его атомы свободно перемещались через жёсткую кристаллическую решётку золота, увеличивая электропроводность гидрида.

Перспективы открытия

Это открытие позволяет изучать плотный водород в условиях, аналогичных тем, что существуют в недрах планет-гигантов. Кроме того, оно может дать новые знания о процессах термоядерного синтеза в звёздах и помочь в разработке технологий управляемого термоядерного синтеза на Земле.

«Эти результаты указывают на возможность открытия множества новых химических соединений в экстремальных условиях, где температура и давление начинают конкурировать с традиционной химией», — добавил Манго Фрост.

Исследование также открывает путь для изучения новых химических реакций с участием золота, которое традиционно считается инертным металлом. Гидрид золота стабилен только при экстремальных условиях — при охлаждении золото и водород разделяются.

В работе участвовали учёные из университетов Германии, Великобритании и США. Исследование частично финансировалось Министерством энергетики США.