Helium terpaksa menciptakan senyawa kimia yang stabil. Kejutan: coba tebak unsur apa yang paling melimpah ketiga di Alam Semesta? Litium dan helium saling berkaitan

Ahli kimia Rusia dan asing mengklaim kemungkinan adanya dua senyawa stabil dari unsur paling “xenofobia” - helium, dan secara eksperimental mengkonfirmasi keberadaan salah satunya - natrium helida, menurut sebuah artikel yang diterbitkan di jurnal Nature Chemistry.

“Studi ini menunjukkan bagaimana fenomena yang benar-benar tak terduga dapat ditemukan dengan menggunakan metode teoritis dan eksperimental terbaru. Penelitian kami sekali lagi menggambarkan betapa sedikitnya pengetahuan kita saat ini tentang pengaruh kondisi ekstrem terhadap kimia, dan peran fenomena tersebut pada proses di dalam planet masih belum diketahui. dijelaskan,” kata Artem Oganov, profesor di Skoltech dan Moscow Phystech di Dolgoprudny.

Rahasia gas mulia

Materi primordial Alam Semesta, yang muncul beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang, hanya terdiri dari tiga unsur - hidrogen, helium, dan sejumlah kecil litium. Helium masih merupakan unsur ketiga yang paling melimpah di alam semesta, tetapi ia ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil di Bumi, dan cadangan helium di planet ini terus berkurang karena ia menguap ke luar angkasa.

Ciri khas helium dan unsur-unsur lain dari golongan kedelapan tabel periodik, yang oleh para ilmuwan disebut sebagai “gas mulia”, adalah bahwa mereka sangat enggan - dalam kasus xenon dan unsur-unsur berat lainnya - atau, pada prinsipnya, seperti neon, tidak dapat masuk ke dalam reaksi kimia. Hanya ada beberapa lusin senyawa xenon dan kripton dengan fluor, oksigen dan zat pengoksidasi kuat lainnya, nol senyawa neon dan satu senyawa helium, ditemukan secara eksperimental pada tahun 1925.

Senyawa ini, kombinasi proton dan helium, bukanlah senyawa kimia sebenarnya dalam arti sebenarnya - helium dalam hal ini tidak ikut serta dalam pembentukan ikatan kimia, meskipun mempengaruhi perilaku atom hidrogen yang tidak memiliki atom hidrogen. elektron. Seperti dugaan para ahli kimia sebelumnya, “molekul” zat ini seharusnya ditemukan di medium antarbintang, namun selama 90 tahun terakhir, para astronom belum menemukannya. Kemungkinan alasannya Hal ini karena ion ini sangat tidak stabil dan hancur jika bersentuhan dengan hampir semua molekul lain.

Artem Oganov dan timnya bertanya-tanya apakah senyawa helium bisa ada dalam kondisi eksotik yang jarang dipikirkan oleh ahli kimia terestrial - dalam kondisi ekstrem. tekanan tinggi dan suhu. Oganov dan rekan-rekannya telah cukup lama mempelajari kimia “eksotis” tersebut dan bahkan mengembangkan algoritma khusus untuk mencari zat yang ada dalam kondisi seperti itu. Dengan bantuannya, mereka menemukan bahwa di kedalaman gas raksasa dan beberapa planet lain mungkin terdapat asam ortokarbonat eksotik, versi garam meja biasa yang “mustahil”, dan sejumlah senyawa lain yang “melanggar” hukum kimia klasik.

Dengan menggunakan sistem yang sama, USPEX, ilmuwan Rusia dan asing menemukan bahwa pada tekanan sangat tinggi yang melebihi tekanan atmosfer sebanyak 150 ribu satu juta kali, terdapat dua senyawa helium yang stabil - natrium oksigelida dan natrium helida. Senyawa pertama terdiri dari dua atom natrium dan satu atom helium, dan senyawa kedua terdiri dari oksigen, helium, dan dua atom natrium.

Atom di landasan berlian

Kedua tekanan tersebut dapat dengan mudah diperoleh dengan menggunakan landasan berlian modern, seperti yang dilakukan rekan Oganov di bawah kepemimpinan orang Rusia lainnya, Alexander Goncharov dari Laboratorium Geofisika di Washington. Eksperimennya menunjukkan bahwa natrium helida terbentuk pada tekanan sekitar 1,1 juta atmosfer dan tetap stabil hingga setidaknya 10 juta atmosfer.

Menariknya, natrium helida memiliki struktur dan sifat yang mirip dengan garam fluor, “tetangga” helium dalam tabel periodik. Setiap atom helium dalam “garam” ini dikelilingi oleh delapan atom natrium, mirip dengan struktur kalsium fluorida atau garam asam fluorida lainnya. Elektron dalam Na2He “tertarik” ke atom dengan sangat kuat sehingga senyawa ini, tidak seperti natrium, bersifat isolator. Para ilmuwan menyebut struktur seperti itu kristal ionik, karena elektron mengambil peran dan menggantikan ion bermuatan negatif di dalamnya.

“Senyawa yang kami temukan sangat tidak biasa: meskipun atom helium tidak secara langsung berpartisipasi dalam ikatan kimia, kehadirannya secara mendasar mengubah interaksi kimia antara atom natrium, mendorong lokalisasi elektron valensi yang kuat, sehingga bahan yang dihasilkan menjadi isolator,” jelas Xiao Dong. dari universitas Nankan di Tianjin (Cina).

Senyawa lain, Na2HeO, ternyata stabil pada kisaran tekanan 0,15 hingga 1,1 juta atmosfer. Zat tersebut juga merupakan kristal ionik dan memiliki struktur yang mirip dengan Na2He, hanya saja peran ion bermuatan negatif di dalamnya tidak dimainkan oleh elektron, tetapi oleh atom oksigen.

Menariknya, semua logam alkali lainnya, yang memiliki reaktivitas lebih tinggi, cenderung tidak membentuk senyawa dengan helium pada tekanan tidak lebih dari 10 juta kali lebih tinggi dari tekanan atmosfer.

Oganov dan rekan-rekannya mengaitkan hal ini dengan fakta bahwa orbit pergerakan elektron dalam atom kalium, rubidium, dan cesium berubah secara nyata seiring dengan peningkatan tekanan, yang tidak terjadi pada natrium, karena alasan yang belum jelas. Para ilmuwan percaya bahwa natrium helida dan zat serupa lainnya dapat ditemukan di inti beberapa planet, katai putih, dan bintang lainnya.

Para ilmuwan berhasil memperoleh dan mendaftarkan molekul litium-helium LiHe. Ini adalah salah satu molekul paling rapuh yang diketahui. Dan ukurannya sepuluh kali lebih besar dari ukuran molekul air.

Seperti diketahui, atom dan molekul netral dapat membentuk ikatan yang kurang lebih stabil satu sama lain melalui tiga cara. Pertama, melalui ikatan kovalen, di mana dua atom berbagi satu atau lebih pasangan elektron yang sama. Ikatan kovalen adalah yang terkuat dari ketiganya. Energi karakteristik keruntuhannya biasanya beberapa elektron volt.

Terlihat lebih lemah dibandingkan ikatan hidrogen kovalen. Ini adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara atom hidrogen yang terikat dan atom elektronegatif dari molekul lain (biasanya oksigen atau nitrogen, lebih jarang fluor). Meskipun energi ikatan hidrogen ratusan kali lebih kecil dibandingkan energi ikatan kovalen, energi tersebut sangat menentukan properti fisik air, dan juga memainkan peran penting dalam dunia organik.

Dan terakhir, yang terlemah adalah apa yang disebut interaksi van der Waals. Kadang-kadang disebut juga tersebar. Itu muncul sebagai akibat interaksi dipol-dipol dua atom atau molekul. Dalam hal ini, dipol dapat bersifat bawaan pada molekul (misalnya, air memiliki momen dipol) atau diinduksi sebagai hasil interaksi.

Energi karakteristik ikatan van der Waals dinyatakan dalam satuan kelvin (elektron volt yang disebutkan di atas setara dengan sekitar 10.000 kelvin). Kopling van der Waals yang paling lemah adalah antara dua dipol yang diinduksi. Jika ada dua atom nonpolar, maka sebagai akibat dari gerakan termal, masing-masing atom memiliki momen dipol yang berosilasi secara acak (kulit elektron tampak sedikit bergetar relatif terhadap inti). Momen-momen ini berinteraksi satu sama lain dan, sebagai hasilnya, mempunyai orientasi yang sedemikian rupa sehingga kedua atom mulai saling tarik menarik.

Atom yang paling lembam adalah helium. Ia tidak membentuk ikatan kovalen dengan atom lain. Pada saat yang sama, nilai polarisasinya sangat kecil sehingga sulit membentuk ikatan terdispersi. Namun ada satu keadaan penting. Elektron dalam atom helium terikat begitu kuat pada inti atom sehingga, tanpa takut akan gaya tolak menolak, ia dapat didekatkan sangat dekat dengan atom lain - hingga jarak orde jari-jari atom tersebut. Gaya dispersi tumbuh dengan sangat cepat seiring berkurangnya jarak antar atom - berbanding terbalik dengan pangkat enam jarak!

Di sinilah ide lahir: jika Anda mendekatkan dua atom helium, ikatan van der Waals yang rapuh akan tetap muncul di antara keduanya. Hal ini sebenarnya telah dicapai pada pertengahan tahun 1990an, meskipun memerlukan upaya yang besar. Energi ikatan tersebut hanya 1 mK, dan molekul He2 telah terdeteksi dalam jumlah kecil dalam pancaran helium yang sangat dingin.

Selain itu, sifat molekul He2 dalam banyak hal unik dan tidak biasa. Misalnya, ukurannya... sekitar 5 nm! Sebagai perbandingan, ukuran molekul air adalah sekitar 0,1 nm. Dalam hal ini, energi potensial minimum molekul helium terjadi pada jarak yang jauh lebih pendek - sekitar 0,2 nm - namun, sebagian besar waktu - sekitar 80% - atom helium dalam molekul menghabiskan waktu dalam mode terowongan, yaitu, dalam wilayah di mana, dalam kerangka mekanika klasik, mereka berada Tidak bisa.

Atom terbesar berikutnya setelah helium adalah litium, jadi setelah memperoleh molekul helium, menjadi wajar untuk mempelajari kemungkinan pengikatan ikatan antara helium dan litium. Dan akhirnya, para ilmuwan berhasil melakukan hal tersebut juga. Molekul litium-helium LiHe memiliki energi ikat yang lebih tinggi dibandingkan helium-helium - 34±36 mK, dan sebaliknya, jarak antar atom lebih kecil - sekitar 2,9 nm. Namun, bahkan dalam molekul ini, atom-atomnya sering kali berada dalam keadaan terlarang secara klasik di bawah penghalang energi. Menariknya, sumur potensial molekul LiHe sangat kecil sehingga hanya dapat berada dalam satu keadaan energi vibrasi, yang sebenarnya merupakan pembelahan doublet akibat spin atom 7Li. Konstanta rotasinya sangat tinggi (sekitar 40 mK) sehingga eksitasi spektrum rotasi menyebabkan kehancuran molekul.

Brett Esry/Universitas Negeri Kansas

Sejauh ini, hasil yang diperoleh menarik hanya dari sudut pandang fundamental. Namun, mereka sudah tertarik pada bidang ilmu terkait. Dengan demikian, gugus helium yang terdiri dari banyak partikel dapat menjadi alat untuk mempelajari efek perlambatan dalam ruang hampa Casimir. Studi tentang interaksi helium-helium juga penting untuk kimia kuantum, yang dapat menguji modelnya pada sistem ini. Dan, tentu saja, tidak ada keraguan bahwa para ilmuwan akan menemukan aplikasi lain yang menarik dan penting untuk objek-objek luar biasa seperti molekul He2 dan LiHe.

Anda mungkin pernah mendengar ungkapan “kamu terbuat dari debu bintang” – dan itu benar. Banyak partikel yang membentuk tubuh Anda dan dunia di sekitar Anda terbentuk di dalam bintang miliaran tahun yang lalu. Namun ada beberapa materi yang terbentuk pada awal mulanya, setelah lahirnya Alam Semesta.

Beberapa astronom yakin mereka muncul hanya beberapa menit setelah Big Bang. Unsur yang paling umum di alam semesta adalah hidrogen dan helium, dan jumlahnya sangat kecil substansi kimia seperti litium.

Para astronom tidak dapat menentukan dengan tepat berapa banyak litium yang ada di alam semesta muda. Untuk melakukan ini, Anda perlu menjelajahi bintang-bintang tertua. Namun hasil yang diperoleh tidak sesuai - bintang tua ternyata memiliki litium 3 kali lebih sedikit dari yang diperkirakan untuk dideteksi! Alasan misteri ini masih belum diketahui.

Mari kita lihat lebih dekat...

Sebenarnya, pada tingkat pengamatan kami saat ini, tidak boleh ada kesalahan: litium hanya ada sedikit. Situasi ini jelas mengisyaratkan adanya fisika baru, sebuah proses yang tidak diketahui yang terjadi segera setelah Big Bang.

Penelitian terbaru mengenai topik ini berfokus pada wilayah yang paling sedikit berubah setelah Big Bang – atmosfer bintang-bintang tua yang terletak di pinggiran Bima Sakti. Karena bahan-bahan tersebut diisolasi dari inti tempat litium dapat diproduksi, kemungkinan terjadinya kontaminasi yang terlambat mempengaruhi hasil seharusnya sangat rendah. Hanya sekitar sepertiga dari tingkat yang diprediksi oleh pemodelan ditemukan di atmosfer litium-7. Penyebab? Salah satu penjelasan yang diberikan adalah bahwa dia tenggelam. Litium dari atmosfer bintang mulai tenggelam ke dalam materi bintang, secara bertahap mencapai kedalamannya. Itu sebabnya ia tidak terlihat di atmosfernya.

Christopher Hawk dari Universitas Notre Dame (Indiana, AS) dan rekan-rekannya melakukan verifikasi hasil berdasarkan data dari Awan Magellan Kecil, galaksi satelit Bima Sakti. Dan untuk menghilangkan data dari efek “tenggelamnya litium” dan pengaruh lain dari proses perbintangan lokal, para peneliti menganalisis kandungan gas antarbintang di galaksi kerdil ini, dengan menyarankan bahwa ia harus bangga dengan litiumnya: tidak ada apa-apa agar ia tenggelam.

Dengan menggunakan pengamatan dari Very Large Telescope milik European Southern Observatory, para astronom menemukan jumlah litium di sana sama persis dengan prediksi model Big Bang, seperti yang dilaporkan dalam jurnal Nature. Namun sayangnya, hal ini tidak banyak membantu dalam menyelesaikan masalah tersebut. Faktanya adalah litium terus-menerus terbentuk di Alam Semesta selama proses alami, dan ledakan supernova mendistribusikannya secara merata ke seluruh Metagalaxy, seperti semua elemen lain yang dihasilkan di kedalaman. Hasil baru ini, menurut Christopher Hawk, hanya memperdalam misteri litium: “Kita hanya dapat membicarakan penyelesaian masalah ini jika tidak ada perubahan dalam jumlah litium yang tersedia sejak Big Bang.” Dan itu hanya pada skala Awan Magellan Kecil!

Hal yang paling penting: sangat sulit untuk membayangkan bahwa fusi termonuklir selama 12-13 miliar tahun, yang menciptakan unsur-unsur yang sangat berat yang menghasilkan kehidupan yang mungkin Untuk beberapa alasan, litium tidak diproduksi di Bumi. Setidaknya pemahaman kita saat ini tentang nukleosintesis termonuklir tidak memungkinkan kita untuk mengajukan hipotesis seperti itu.

Lebih buruk lagi, penelitian baru oleh Miguel Pato dari Technical University of Munich (Jerman) dan Fabio Iocco dari Stockholm University (Swedia) telah menunjukkan bahwa tidak hanya lubang hitam supermasif di inti galaksi, tetapi juga lubang hitam yang paling umum (dan lebih banyak jumlahnya) BH yang berasal dari bintang harus menghasilkan litium dalam cakram akresinya, dan dengan cukup intensif.

Sekarang ternyata hampir setiap mikroquasar (hanya sistem lubang hitam - piringan akresi) harus menghasilkan litium. Namun secara teori, jumlah mereka seharusnya lebih banyak dibandingkan SMBH, catat Miguel Pato.

Singkatnya, belum ada kejelasan mengenai masalah ini. Christopher Hawk, misalnya, berpendapat bahwa segera setelah Big Bang, beberapa reaksi eksotik dari sudut pandang fisik mungkin terjadi di Alam Semesta, yang melibatkan partikel materi gelap, dan reaksi tersebut menghambat pembentukan litium. Hal ini dapat menjelaskan fakta bahwa terdapat lebih banyak litium di Awan Magellan Kecil dibandingkan di Galaksi kita: galaksi kerdil, tempat SMC berada, seharusnya kurang aktif menarik perhatian. materi gelap di alam semesta awal. Ini berarti bahwa reaksi hipotetis ini memiliki pengaruh yang lebih kecil terhadap konsentrasi litium di dalamnya. Tuan Hawk bermaksud untuk menguji ide ini lebih lanjut studi mendalam Awan Magellan Kecil...

Hingga saat ini, kita hanya bisa mencari litium di bintang-bintang Galaksi terdekat kita. Dan kini sekelompok astronom mampu menentukan tingkat litium di gugus bintang di luar Galaksi kita.

Gugus bintang Messier 54 memiliki rahasia - ia bukan milik Bima Sakti, dan merupakan bagian dari galaksi satelit - Galaksi Elips Katai Sagitarius. Susunan gugus ini memungkinkan para ilmuwan untuk menguji apakah kandungan litium di bintang-bintang di luar Bima Sakti juga rendah.

Di sekitar Bima Sakti terdapat lebih dari 150 gugus bintang globular, yang terdiri dari ratusan ribu bintang purba. Salah satu gugus ini, bersama gugus lainnya di konstelasi Sagitarius, ditemukan pada akhir abad ke-18 oleh ilmuwan Prancis "pemburu komet" Charles Messier, dan diberi nama Messier 54.

Selama lebih dari dua abad, para ilmuwan secara keliru percaya bahwa M54 adalah sebuah gugus seperti gugus lainnya di Bima Sakti, namun pada tahun 1994 ditemukan bahwa gugus bintang ini milik galaksi lain - Galaksi Elips Katai Sagitarius. Objek tersebut juga ditemukan berjarak 90.000 tahun cahaya dari Bumi, lebih dari tiga kali jarak antara Matahari dan pusat galaksi.

DI DALAM saat ini Para astronom mengamati M54 menggunakan teleskop Survei VLT, mencoba memecahkan salah satu pertanyaan paling membingungkan dalam astronomi modern mengenai keberadaan litium di bintang.

Dalam gambar ini Anda tidak hanya melihat gugus itu sendiri, tetapi juga latar depan yang sangat padat yang terdiri dari bintang-bintang di Bima Sakti. Foto oleh ESO.

Sebelumnya, para astronom hanya bisa mengetahui kandungan litium di bintang-bintang Bima Sakti. Namun, kini tim peneliti yang dipimpin oleh Alessio Mucciarelli dari Universitas Bologna telah menggunakan Survei VLT untuk mengukur kelimpahan lithium di gugus bintang ekstragalaksi M54. Studi tersebut menemukan bahwa jumlah litium pada bintang M54 tua tidak berbeda dengan bintang di Bima Sakti. Oleh karena itu, ke mana pun litium pergi, Bima Sakti sama sekali tidak ada hubungannya dengan litium.

logam litium

Lithium adalah yang paling banyak logam ringan, 5 kali lebih ringan dari aluminium. Litium mendapatkan namanya dari fakta bahwa ia ditemukan di “batu” (Yunani λίθος - batu). Nama itu disarankan oleh Berzelius. Ini adalah salah satu dari tiga unsur (selain hidrogen dan helium) yang terbentuk pada era nukleosintesis primer setelah Big Bang, bahkan sebelum kelahiran bintang. Sejak itu, konsentrasinya di alam semesta hampir tidak berubah.

Litium berhak disebut sebagai elemen terpenting dalam peradaban modern dan perkembangan teknologi. Pada abad terakhir dan abad sebelumnya, kriteria pengembangan kekuatan industri dan ekonomi suatu negara adalah produksi asam dan logam yang paling penting, air dan sumber daya energi. Pada abad ke-21, litium telah secara kuat dan permanen masuk dalam daftar indikator tersebut. Saat ini, litium mempunyai kepentingan ekonomi dan strategis yang luar biasa di negara-negara industri maju.

Dengan mempelajari bintang baru Nova Delphini 2013 (V339 Del), para astronom mampu mendeteksi prekursor kimia litium, sehingga melakukan pengamatan langsung pertama terhadap proses pembentukan unsur ketiga tabel periodik - yang sebelumnya hanya berteori. .

“Sampai saat ini, para ilmuwan belum mendapatkan konfirmasi observasi langsung mengenai pembentukan litium di bintang-bintang baru, namun setelah melakukan penelitian, kami dapat mengatakan bahwa proses tersebut memang terjadi,” kata penulis utama penelitian baru tersebut. karya ilmiah Akito Taitsu dari Observatorium Nasional Jepang.

Ledakan nova terjadi ketika materi dalam sistem bintang biner dekat mengalir dari salah satu bintang penyusunnya ke permukaan bintang pendampingnya, katai putih. Reaksi termonuklir yang tidak terkendali menyebabkan lonjakan tajam luminositas bintang, yang selanjutnya mengarah pada pembentukan unsur-unsur yang lebih berat daripada hidrogen dan helium, yang terdapat dalam jumlah besar di sebagian besar bintang di Alam Semesta.

Satu dari unsur kimia, yang terbentuk sebagai akibat dari ledakan semacam itu, adalah isotop litium Li-7 yang tersebar luas. Meskipun sebagian besar unsur berat terbentuk di inti bintang dan ledakan supernova, Li-7 merupakan unsur yang terlalu rapuh untuk menahan suhu tinggi yang ditemukan di sebagian besar inti bintang.

Beberapa litium yang ada di alam semesta terbentuk akibat Big Bang. Selain itu, sejumlah litium dapat terbentuk sebagai hasil interaksi sinar kosmik dengan bintang dan materi antarbintang. Namun, proses-proses ini tidak menjelaskan terlalu banyak jumlah besar lithium hadir di alam semesta saat ini.

Pada tahun 1950-an para ilmuwan berpendapat bahwa litium di alam semesta mungkin terbentuk dari isotop berilium Be-7, yang terbentuk di dekat permukaan bintang dan dapat diangkut ke luar angkasa, di mana paparannya berkurang. suhu tinggi pada material, dan litium yang baru terbentuk tetap dalam keadaan stabil. Namun sebelumnya Hari ini Mengamati litium yang terbentuk di dekat permukaan bintang dari Bumi adalah tugas yang agak sulit.

Taitsu dan timnya menggunakan teleskop Subaru yang terletak di Hawaii untuk pengamatan mereka. Selama pengamatan, tim mencatat dengan jelas bagaimana nuklida Be-7 yang memiliki waktu paruh 53 hari berubah menjadi Li-7.

“Dua unsur paling melimpah di alam semesta adalah hidrogen dan kebodohan.” -Harlan Ellison. Setelah hidrogen dan helium, tabel periodik penuh kejutan. Di antara yang paling banyak fakta menakjubkan ada juga fakta bahwa setiap materi yang pernah kita sentuh, lihat, berinteraksi dengannya terbuat dari dua hal yang sama: inti atom, bermuatan positif, dan elektron, bermuatan negatif. Cara atom-atom ini berinteraksi satu sama lain - bagaimana mereka mendorong, mengikat, menarik dan menolak, menciptakan molekul, ion, keadaan energi elektronik baru yang stabil - sebenarnya menentukan keindahan dunia di sekitar kita.

Sekalipun sifat kuantum dan elektromagnetik dari atom-atom ini dan komponen-komponennya yang memungkinkan alam semesta kita muncul, penting untuk dipahami bahwa alam semesta tidak dimulai dengan semua elemen ini. Sebaliknya, dia memulai tanpa mereka.

Anda tahu, untuk mencapai keragaman struktur ikatan dan membangun molekul kompleks yang mendasari semua yang kita ketahui, Anda memerlukan banyak atom. Bukan secara kuantitatif, tetapi dalam variasi, yaitu adanya atom-atom dengan jumlah proton yang berbeda-beda dalam inti atomnya: inilah yang membuat unsur-unsur berbeda.

Tubuh kita membutuhkan unsur-unsur seperti karbon, nitrogen, oksigen, fosfor, kalsium dan zat besi. Kerak bumi kita membutuhkan unsur-unsur seperti silikon dan berbagai unsur berat lainnya, sedangkan inti bumi – untuk menghasilkan panas – membutuhkan unsur-unsur yang mungkin berasal dari seluruh tabel periodik yang ada di alam: torium, radium, uranium, dan bahkan plutonium.

Beberapa waktu telah berlalu. Inti atom pertama menyatu dan tidak pernah terpisah lagi, menghasilkan hidrogen dan isotop-isotopnya, helium dan isotop-isotopnya, serta sejumlah kecil litium dan berilium, yang kemudian terurai secara radioaktif menjadi litium. Di sinilah Alam Semesta dimulai: berdasarkan jumlah inti - 92% hidrogen, 8% helium, dan sekitar 0,00000001% litium. Berdasarkan massa - 75-76% hidrogen, 24-25% helium, dan 0,00000007% litium. Pada awalnya ada dua kata: hidrogen dan helium, dan bisa dikatakan, itu saja.

Ratusan ribu tahun kemudian, alam semesta telah cukup dingin untuk membentuk atom-atom netral, dan puluhan juta tahun kemudian, keruntuhan gravitasi memungkinkan terbentuknya bintang-bintang pertama. Pada saat yang sama, fenomena fusi nuklir tidak hanya memenuhi alam semesta dengan cahaya, tetapi juga memungkinkan terbentuknya unsur-unsur berat.

Pada saat bintang pertama lahir, sekitar 50 hingga 100 juta tahun setelah Big Bang, sejumlah besar hidrogen mulai berfusi menjadi helium. Namun yang lebih penting, bintang paling masif (8 kali lebih masif dari Matahari kita) membakar bahan bakarnya dengan sangat cepat, dan habis hanya dalam beberapa tahun. Segera setelah inti bintang tersebut kehabisan hidrogen, inti helium berkontraksi dan mulai menggabungkan tiga inti atom menjadi karbon. Hanya dibutuhkan satu triliun bintang berat di alam semesta awal (yang membentuk lebih banyak bintang dalam beberapa ratus juta tahun pertama) agar litium dapat dikalahkan.

Sekarang Anda mungkin berpikir bahwa karbon telah menjadi unsur nomor tiga saat ini? Anda dapat memikirkan hal ini karena bintang mensintesis unsur-unsur dalam lapisan, seperti bawang. Helium disintesis menjadi karbon, karbon menjadi oksigen (kemudian dan pada suhu yang lebih tinggi), oksigen menjadi silikon dan belerang, dan silikon menjadi besi. Di akhir rantai, besi tidak dapat melebur menjadi benda lain, sehingga intinya meledak dan bintang menjadi supernova.

• penangkapan neutron lambat (proses-s), menyusun unsur-unsur secara berurutan;
• peleburan inti helium dengan unsur berat (untuk membentuk neon, magnesium, argon, kalsium, dan sebagainya);
• penangkapan neutron cepat (proses-r) dengan pembentukan unsur-unsur hingga uranium dan seterusnya.

Namun kita telah memiliki lebih dari satu generasi bintang: kita telah memiliki banyak bintang, dan generasi yang ada saat ini tidak dibangun dari hidrogen dan helium murni, namun juga dari sisa-sisa generasi sebelumnya. Hal ini penting karena tanpanya kita tidak akan pernah memiliki planet berbatu, hanya planet gas raksasa yang terbuat dari hidrogen dan helium saja.

Selama miliaran tahun, proses pembentukan dan kematian bintang terulang kembali, dengan semakin banyak unsur yang diperkaya. Alih-alih sekadar menggabungkan hidrogen menjadi helium, bintang masif justru menggabungkan hidrogen menjadi helium siklus C-N-O, seiring waktu menyamakan volume karbon dan oksigen (dan sedikit lebih sedikit nitrogen).

Selain itu, ketika bintang melakukan fusi helium untuk membentuk karbon, sangat mudah untuk menangkap atom helium tambahan untuk membentuk oksigen (dan bahkan menambahkan helium lain ke oksigen untuk membentuk neon), dan bahkan Matahari kita akan melakukan hal ini selama raksasa merah. fase.

Ketika kita melihat sisa-sisa supernova dan nebula planet – sisa-sisa bintang yang sangat masif dan bintang mirip matahari – kita menemukan bahwa jumlah oksigen melebihi karbon dalam hal massa dan kuantitas dalam setiap kasus. Kami juga menemukan bahwa tidak ada unsur lain yang seberat ini.

Bagaimana masa depan kita?

Alam semesta sedang berubah. Oksigen adalah unsur paling melimpah ketiga di alam semesta modern, dan mungkin akan melampaui hidrogen dalam waktu yang sangat lama. Setiap kali Anda menghirup udara dan merasa puas dengan prosesnya, ingatlah: bintang adalah satu-satunya alasan keberadaan oksigen.

MOSKOW, 6 Februari - RIA Novosti. Ahli kimia Rusia dan asing mengklaim kemungkinan adanya dua senyawa stabil dari unsur paling “xenofobia” - helium, dan secara eksperimental mengkonfirmasi keberadaan salah satunya - natrium helida, menurut sebuah artikel yang diterbitkan di jurnal Nature Chemistry.

“Studi ini menunjukkan bagaimana fenomena yang benar-benar tak terduga dapat ditemukan dengan menggunakan metode teoritis dan eksperimental terbaru. Penelitian kami sekali lagi menggambarkan betapa sedikitnya pengetahuan kita saat ini tentang pengaruh kondisi ekstrem terhadap kimia, dan peran fenomena tersebut pada proses di dalam planet masih belum diketahui. dijelaskan,” kata Artem Oganov, profesor di Skoltech dan Moscow Phystech di Dolgoprudny.

Rahasia gas mulia

Materi primordial Alam Semesta, yang muncul beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang, hanya terdiri dari tiga unsur - hidrogen, helium, dan sejumlah kecil litium. Helium masih merupakan unsur ketiga yang paling melimpah di alam semesta, tetapi ia ditemukan dalam jumlah yang sangat kecil di Bumi, dan cadangan helium di planet ini terus berkurang karena ia menguap ke luar angkasa.

Ciri khas helium dan unsur-unsur lain dari golongan kedelapan tabel periodik, yang oleh para ilmuwan disebut sebagai “gas mulia”, adalah bahwa mereka sangat enggan - dalam kasus xenon dan unsur-unsur berat lainnya - atau, pada prinsipnya, seperti neon, tidak dapat masuk ke dalam reaksi kimia. Hanya ada beberapa lusin senyawa xenon dan kripton dengan fluor, oksigen dan zat pengoksidasi kuat lainnya, nol senyawa neon dan satu senyawa helium, ditemukan secara eksperimental pada tahun 1925.

Senyawa ini, kombinasi proton dan helium, bukanlah senyawa kimia sebenarnya dalam arti sebenarnya - helium dalam hal ini tidak ikut serta dalam pembentukan ikatan kimia, meskipun mempengaruhi perilaku atom hidrogen yang tidak memiliki atom hidrogen. elektron. Seperti dugaan para ahli kimia sebelumnya, “molekul” zat ini seharusnya ditemukan di medium antarbintang, namun selama 90 tahun terakhir, para astronom belum menemukannya. Kemungkinan alasannya adalah ion ini sangat tidak stabil dan hancur jika bersentuhan dengan hampir semua molekul lain.

Artem Oganov dan timnya bertanya-tanya apakah senyawa helium bisa ada dalam kondisi eksotik yang jarang terpikirkan oleh ahli kimia terestrial – pada tekanan dan suhu yang sangat tinggi. Oganov dan rekan-rekannya telah cukup lama mempelajari kimia “eksotis” tersebut dan bahkan mengembangkan algoritma khusus untuk mencari zat yang ada dalam kondisi seperti itu. Dengan bantuannya, mereka menemukan bahwa di kedalaman gas raksasa dan beberapa planet lain mungkin terdapat asam ortokarbonat eksotik, versi garam meja biasa yang “mustahil”, dan sejumlah senyawa lain yang “melanggar” hukum kimia klasik.

Dengan menggunakan sistem yang sama, USPEX, ilmuwan Rusia dan asing menemukan bahwa pada tekanan sangat tinggi yang melebihi tekanan atmosfer sebanyak 150 ribu satu juta kali, terdapat dua senyawa helium yang stabil - natrium helida dan natrium oksigelida. Senyawa pertama terdiri dari dua atom natrium dan satu atom helium, dan senyawa kedua terdiri dari oksigen, helium, dan dua atom natrium.

Atom di landasan berlian

Kedua tekanan tersebut dapat dengan mudah diperoleh dengan menggunakan landasan berlian modern, seperti yang dilakukan rekan Oganov di bawah kepemimpinan orang Rusia lainnya, Alexander Goncharov dari Laboratorium Geofisika di Washington. Eksperimennya menunjukkan bahwa natrium helida terbentuk pada tekanan sekitar 1,1 juta atmosfer dan tetap stabil hingga setidaknya 10 juta atmosfer.

Menariknya, natrium helida memiliki struktur dan sifat yang mirip dengan garam fluor, “tetangga” helium dalam tabel periodik. Setiap atom helium dalam “garam” ini dikelilingi oleh delapan atom natrium, mirip dengan struktur kalsium fluorida atau garam asam fluorida lainnya. Elektron dalam Na2He “tertarik” ke atom dengan sangat kuat sehingga senyawa ini, tidak seperti natrium, bersifat isolator. Para ilmuwan menyebut struktur seperti itu kristal ionik, karena elektron mengambil peran dan menggantikan ion bermuatan negatif di dalamnya.

“Senyawa yang kami temukan sangat tidak biasa: meskipun atom helium tidak secara langsung berpartisipasi dalam ikatan kimia, kehadirannya secara mendasar mengubah interaksi kimia antara atom natrium, mendorong lokalisasi elektron valensi yang kuat, sehingga bahan yang dihasilkan menjadi isolator,” jelas Xiao Dong. dari universitas Nankan di Tianjin (Cina).

Senyawa lain, Na2HeO, ternyata stabil pada kisaran tekanan 0,15 hingga 1,1 juta atmosfer. Zat tersebut juga merupakan kristal ionik dan memiliki struktur yang mirip dengan Na2He, hanya saja peran ion bermuatan negatif di dalamnya tidak dimainkan oleh elektron, tetapi oleh atom oksigen.

Menariknya, semua logam alkali lainnya, yang memiliki reaktivitas lebih tinggi, cenderung tidak membentuk senyawa dengan helium pada tekanan tidak lebih dari 10 juta kali lebih tinggi dari tekanan atmosfer.

Oganov dan rekan-rekannya mengaitkan hal ini dengan fakta bahwa orbit pergerakan elektron dalam atom kalium, rubidium, dan cesium berubah secara nyata seiring dengan peningkatan tekanan, yang tidak terjadi pada natrium, karena alasan yang belum jelas. Para ilmuwan percaya bahwa natrium helida dan zat serupa lainnya dapat ditemukan di inti beberapa planet, katai putih, dan bintang lainnya.