p Comportamento dos átomos de H e He em comparação com os átomos de O em Fd-3m He2H2O de simulações AIMD em 1, 600 K, 2, 000 K e 2, 300 K. (a – c) Os MSDs médios para o H, Ele e átomos de O de simulações AIMD em diferentes temperaturas. (d – i) Representação das trajetórias atômicas em uma supercélula a partir das simulações dos últimos 5 ps que representam as três fases distintas:a fase sólida (1, 600 K), a fase superiônica de He (2, 000 K), SI-I, e fase He + H superiônica (2, 300 K), SI-II. Para evitar a sobreposição, apenas H e O são mostrados em d – f, e apenas Ele e O são mostrados em g – i. Crédito:Liu et al.
p Hélio e água são conhecidos por serem abundantes em todo o universo, particularmente em planetas gigantes como Urano e Netuno. Embora o hélio seja normalmente não reativo em condições atmosféricas comuns, estudos anteriores descobriram que às vezes pode reagir com outros elementos e compostos sob alta pressão. p Pesquisadores da Universidade de Nanjing e da Universidade de Cambridge realizaram recentemente um estudo investigando a reação entre o hélio e a água sob condições de alta pressão, como aquelas em outros planetas. Em seu estudo, apresentado em
Física da Natureza , eles revelaram dois tipos até então desconhecidos de estados superiônicos, ao qual se referem como SI-I e SI-II. Os estados superiônicos são essencialmente fases da matéria em que um composto pode exibir simultaneamente algumas propriedades de um líquido e de um sólido.
p "O hélio é o elemento mais inerte da tabela periódica e geralmente considerado não reativo em condições ambientais, "Jian Sun, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse Phys.org. "Contudo, o hélio reage com alguns elementos e compostos em alta pressão. Queríamos entender se o hélio e a água podem reagir um com o outro sob alta pressão e a natureza dos estados que podem surgir sob as condições planetárias. "
p Nos últimos anos, estados superiônicos se tornaram um tópico de interesse para muitas equipes de pesquisa em todo o mundo. Um exemplo conhecido desses estados é a água superiônica (ou gelo), uma fase da água que ocorre a temperaturas e pressões muito altas, nas quais os átomos de hidrogênio podem se mover livremente e os átomos de oxigênio são fixados em sua sub-rede.
p Em seu estudo, Sun e seus colegas usaram cálculos para mostrar que o hélio (He) e a água (H
2 O) pode formar vários compostos estáveis, que existem em uma ampla gama de condições de pressão (de 2–92 GPa). Interessantemente, eles descobriram que em altas pressões e temperaturas, esses compostos podem formar estados superiônicos que nunca foram observados antes.
p Diagrama de fase proposto do sistema hélio-água em altas pressões obtido a partir de pesquisas de estrutura dos pesquisadores e simulações AIMD. Os símbolos representam quatro estados termodinâmicos distintos amostrados em suas simulações:círculo, Estado sólido; quadrado, Estado difusivo de He (SI-I); diamante, estado difusivo de He e H (SI-II); e triângulo, estado fluido. As linhas tracejadas pretas foram ajustadas aos limites da fase. A linha tracejada vermelha distingue as duas fases sólidas previstas:I41md e Fd3m, bem como dois tipos de sub-rede H2O (I41md e Fd3m) na região SI-I. Crédito:Liu et al.
p "Usamos pela primeira vez métodos de pesquisa de estrutura cristalina baseados na mecânica quântica para descobrir os compostos hélio-água mais estáveis sob alta pressão, "Chris Pickard, outro pesquisador envolvido no estudo, disse Phys.org. "Em seguida, realizamos extensas simulações de dinâmica molecular ab initio em alta pressão e temperatura para explorar os estados desses compostos em condições planetárias."
p Como etapa final do estudo, os pesquisadores analisaram as propriedades superiônicas dos compostos hélio-água com base nas simulações que realizaram. Isso finalmente permitiu que eles produzissem um diagrama de fase de pressão-temperatura para cada um desses compostos. Suas análises de compostos hélio-água em diferentes condições de pressão e temperatura revelaram os dois tipos até então desconhecidos de estados superiônicos.
p “No primeiro desses estados, os átomos de hélio exibem comportamento líquido dentro de uma estrutura de rede de gelo fixa, que chamamos de SI-I, "Richard precisa, outro pesquisador envolvido no estudo, disse Phys.org. “Na segunda fase, ambos os átomos de hélio e hidrogênio se movem em forma de líquido dentro de uma sub-rede fixa de oxigênio, que denominamos SI-II. Descobrimos que a inserção de hélio diminui substancialmente a pressão dos estados superiônicos em comparação com a água pura. "
p As descobertas coletadas pela Sun, Pickard, As necessidades e o restante da equipe podem ter várias implicações práticas. Por exemplo, eles podem ajudar a melhorar nossa compreensão atual dos compostos de hélio, o processo de fusão da matéria e a estrutura interna de planetas gigantes.
p "Vamos agora estudar outros compostos de hélio, especialmente aqueles que se conectam diretamente com a ciência planetária, como amônia ou metano, "Sun disse." Estamos procurando resultados inesperados no universo, que oferece possibilidades enormes. " p © 2019 Science X Network
