Free Web Site - Free Web Space and Site Hosting - Web Hosting - Internet Store and Ecommerce Solution Provider - High Speed Internet
Search the Web

آيا هيدروژن جامد بالاخره فلز مي شود؟

آيا هيدروژن جامد بالاخره فلز مي‌شود؟

هيدروژن مايع در فشارهاي بسيار زياد خاصيت فلزي پيدا مي كند. هيدروژن جامد چطور؟ در سال 1926، برنال پيشنهاد كرد همه مواد، تحت فشارهاي به اندازه كافي زياد، سر انجام فلز مي‌شوند يعني يك دريا الكترون آزاد در آنها به وجود مي‌آيد كه جريان الكتريسيته را به خوبي هدايت مي‌كند. جالبترين ماده براي امتحان اين فلز شدگي تحت فشار، سبكترين عنصر جدول تناوبي است. در سال 1935، ويگز و هانتينگتن پيش بيني كردند هيدروژن دو اتمي مولكولي در فشاري حدود 250000 جو به حالت فلزي گذار مي‌كند. پيش بينيهاي فعلي مي گويند فشار گذار در حدود سه ميليون جو است. اما با وجود آزمايشهاي فشار زيادي كه انجام شده است، تاكنون هيچ اثري از گذار به حالت فلزي به دست نيامده است.

چرا هيدروژن فلزي تا اين حد مورد توجه است؟ اين ماده ممكن است ويژگيهاي عجيب و كاربردهاي مهمي داشته باشد مثلاً پيش بيني شده است كه هيدروژن فلزي در دماي اتاق ابررساناست. همچنين، اگر بتوان هيدروژن فلزي را از فشار بسيار زياد به فشار معمولي آورد (بي آنكه حالت آن عوض شود ) سوختي بسيار موثر و تميز براي سفرهاي فضايي به دست مي‌آيد بررسي فلز شدگي هيدروژن بينشهاي جديدي هم در مورد ماهيت سياره‌هاي غول پيكر به دست خواهد داد؛ سياره‌هاي مثل مشتري و زحل كه جرمشان بيش از 400 برابر جرم زمين است، و بيشتر اين جرم هيدروژن تحت شرايط بسيار شديد است. اما ظاهراً هيچ نشانه‌اي از گذار فلز شدگي براي هيدروژن جامد به دست نيامده است. براي بررسي موضوع اول ببينيم اصولاً چرا انتظار مي‌رود هيدروژن جامد فلز شود. در فشار كم، هيدروژن جامد بلوري از مولكولهاي مجزا    است، كه بر هم كنش ضعيفي با هم دارند. الكترونها هر كدام به مولكول معيني مقيدند و براي ايجاد رسانش الكتريكي بايد مولكولها را يونيزه كرد. به زبان نظريه نوارهاي انرژي، نواري رسانش خالي است و نوار ظرفيت پر، و گاف انرژي برگي بين اين دو نوار وجود دارد. به اين ترتيب، هيدروژن جامد عايق است با افزايش فشار، مولكولها به هم نزديكتر مي‌شوند و بر هم كنش بينشان قويتر مي‌شوند. سرانجام بايد جايي باشد كه اين دو نوار در هم تداخل كنند و گاف انرژي صفر شود. در اينجا گذار عايق به فلز رخ مي‌دهد، و هيدروژن فلز مي‌شود.

آزمايش هيدروژن جامد در فشار زياد، حتي تا جايي كه چگالي آن بيش از 10 برابر چگالي هيدروژن جامد در فشار معمولي شويد هيچ اثري از چنين گذاري نشان نداده است، در چنين حالتي چگالي الكترونيكي هيدروژن دو تا سه برابر چگالي الكتروني فلز خوبي مثل آلومينيوم است. در مقابل معلوم شده است كه اين به اصطلاح ساده‌ترين جامد مولكولي نمودار فاز پيچيده‌اي دارد در نواحي مورد آزمايش سه فاز براي هيدروژن جامد مشاهده شده است. در فاز I مولكولها مي‌توانند، علاوه بر ارتعاش آزادانه بچرخند در حدود K 120 گذار فازي رخ مي دهد و در دماهاي كمتر جهت مولكولهايي    به طور كتره‌اي يخ مي‌زند فاز III جالبترين فاز است. اين فاز در فشارهاي بسيار زياد، از حدود 5/1 ميليون جو به بالا، وجود دارد و ويژگيهاي مهم آن جذب شديد در ناحيه فروسرخ است. جذب شديد در ناحيه فروسرخ معمولاً نشانه وجود يك يك دو قطبي ذاتي در مولكول است. در حالت حدي، مولكول متقارن    به تركيب يوني پروتونيم هيدريد تبديل مي‌شود. اين دو قطبي دائمي، هيدروژن را از يك جامد مولكولي به يك جامد يوني تبديل مي كند، كه اين باعث افزايش دوباره گاف انرژي مي‌شود و جلوي فلز شدن هيدروژن را مي‌گيرد اما اگر فشار باز هم زياد كنيم چه مي‌شود؟ يك پيش بيني آن است كه هيدروژن جامد كاملاً يوني مي‌شود، يعني به شكل  در مي‌آيد فعلاً جواب اين سئوال كه آيا هيدروژن جامد بالاخره فلزي مي‌شود يا نه مشخص نيست؛ زمان و فشار اند كه بايد به اين سئوال جواب دهند.