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Científicos del SLAC crearon hidruro de oro por primera vez al someter hidrocarburos, hidrógeno y una hoja de oro a presiones superiores a las del manto terrestre y calor por encima de 1.900 °C
Hidruro de oro, un compuesto sólido formado solo por átomos de oro e hidrógeno, fue creado por primera vez por un equipo internacional liderado por científicos del SLAC, en los Estados Unidos, el año pasado. El descubrimiento ocurrió por casualidad durante experimentos en el European XFEL, en Alemania, realizados para estudiar la formación de diamantes bajo calor y presión extremos.
Descubrimiento ocurrió durante estudio sobre formación de diamantes
Los investigadores investigaban cuánto tiempo tardan los hidrocarburos, compuestos formados por carbono e hidrógeno, en formar diamantes cuando se someten a condiciones extremadamente intensas de temperatura y presión.
Para ello, las muestras fueron comprimidas en una celda de yunque de diamante, a presiones superiores a las encontradas en el manto terrestre. Luego, fueron calentadas a más de 1.900 grados Celsius con pulsos repetidos de rayos X del European XFEL.
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La hoja de oro insertada en las muestras tenía una función técnica: absorber los rayos X y ayudar a calentar los hidrocarburos, que absorben poco este tipo de radiación.
El resultado esperado apareció en los registros. Los átomos de carbono formaron una estructura de diamante. Pero los científicos también identificaron señales inesperadas de una reacción entre hidrógeno y oro, formando hidruro de oro.
Oro poco reactivo sorprendió a los científicos
El descubrimiento llamó la atención porque el oro es conocido por ser un metal poco reactivo. Esta característica fue precisamente uno de los motivos para que se utilizara como absorbente de rayos X en el experimento.
Mungo Frost, científico del SLAC que lideró el estudio, afirmó que el resultado fue inesperado porque el oro suele ser químicamente “monótono” y poco reactivo.
Para los investigadores, el hallazgo indica que presiones y temperaturas extremas pueden cambiar el comportamiento de materiales conocidos, abriendo espacio para reacciones químicas que no aparecen en condiciones comunes.
Los resultados fueron publicados en la Angewandte Chemie International Edition y ayudan a mostrar cómo las reglas de la química pueden cambiar en ambientes extremos, similares a los encontrados en el interior de ciertos planetas o en estrellas que realizan fusión de hidrógeno.
Hidrógeno superiónico ayudó a revelar el compuesto
Durante el experimento, el hidrógeno entró en un estado denso llamado superiónico. En esta condición, los átomos de hidrógeno fluían libremente a través de la estructura atómica rígida del oro.
Este comportamiento aumentó la conductividad del hidruro de oro y permitió a los científicos observar cambios en la forma en que la estructura cristalina del oro dispersaba los rayos X.
El hidrógeno es difícil de estudiar con rayos X porque dispersa esta radiación de manera débil. En el experimento, sin embargo, interactuó con los átomos de oro, mucho más pesados.
Con esto, el equipo logró usar la estructura cristalina del oro como una especie de testigo del comportamiento del hidrógeno. Según Frost, esta estructura permitió observar lo que el hidrógeno estaba haciendo dentro del material.
Estudio puede ayudar a entender planetas, estrellas y fusión
El hidruro de oro ofrece una nueva forma de estudiar hidrógeno atómico denso en laboratorio. Este tipo de hidrógeno está asociado a ambientes que no pueden ser accedidos directamente en experimentos comunes.
Uno de los ejemplos citados por los investigadores es el interior de ciertos planetas, donde el hidrógeno denso está presente. Estudiar este material en laboratorio puede ayudar a comprender mejor esos mundos extraterrestres.
La investigación también puede aportar información sobre procesos de fusión nuclear en estrellas como el Sol. Además, los datos pueden contribuir a estudios relacionados con el desarrollo de tecnologías de fusión en la Tierra.
El compuesto, sin embargo, parece existir solo bajo condiciones extremas. Cuando la muestra se enfría, el oro y el hidrógeno se separan nuevamente.
Simulaciones realizadas por el equipo indicaron además que más hidrógeno podría acomodarse en la estructura cristalina del oro si se usaran presiones más elevadas.
Simulaciones pueden ser aplicadas a otros materiales exóticos
Además del descubrimiento del hidruro de oro, el estudio mostró una ruta para investigar nuevas químicas en ambientes extremos.
La reacción observada sugiere que la temperatura y la presión pueden competir con la química convencional en ciertas condiciones.
Siegfried Glenzer, director de la División de Alta Densidad de Energía y profesor de ciencia de fotones en SLAC, afirmó que producir y modelar experimentalmente estos estados es importante para estudiar materiales exóticos.
Según él, las herramientas de simulación utilizadas en el trabajo también pueden aplicarse al estudio de otras propiedades de materiales sometidos a condiciones extremas.
El equipo incluyó investigadores de SLAC, Universidad de Rostock, DESY, European XFEL, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Universidad de Frankfurt, Universidad de Bayreuth, Universidad de Edimburgo, Carnegie Institution for Science, Universidad de Stanford y SIMES.
Parte del trabajo fue financiada por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de los Estados Unidos.
Este artículo fue elaborado con base en información del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, del Departamento de Energía de los EE.UU., y del estudio publicado en Angewandte Chemie International Edition, con datos, números y declaraciones preservados conforme al material consultado.
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