p Um novo trabalho de Ivan Naumov e Russel Hemley da Carnegie investiga a química subjacente a algumas observações recentes surpreendentes sobre o hidrogênio, e revela paralelos notáveis ​​entre hidrogênio e grafeno sob pressões extremas. O trabalho deles é matéria de capa na edição de dezembro da Contas de pesquisa química . p O hidrogênio é o elemento mais abundante do cosmos. Com apenas um único elétron por átomo, é enganosamente simples. Como resultado, o hidrogênio tem sido um campo de testes para as teorias da ligação química desde o nascimento da mecânica quântica, há um século. Compreender a natureza das ligações químicas em ambientes extremos é crucial para expandir nossa compreensão da matéria em uma ampla gama de condições encontradas no universo.

p Observar o comportamento do hidrogênio sob pressões muito altas tem sido um grande desafio para os pesquisadores. Mas, recentemente, as equipes puderam observar que a pressões de 2 a 3,5 milhões de vezes a pressão atmosférica normal, ele se transforma em uma estrutura inesperada que consiste em folhas em camadas, em vez de um metal compactado como havia sido previsto muitos anos atrás.

p Essas folhas de hidrogênio se assemelham ao composto de carbono grafeno. Cada camada de grafeno é construída com uma estrutura em favo de mel feita de anéis de carbono de seis átomos. Este carbono grafeno convencional, sintetizado pela primeira vez há cerca de uma década, é muito leve, mas incrivelmente forte, e conduz calor e eletricidade de forma muito eficiente. Essas propriedades prometem uma tecnologia revolucionária, incluindo eletrônica óptica avançada para telas, células fotovoltaicas de alto funcionamento, e baterias aprimoradas e outros dispositivos de armazenamento de energia.

p O novo trabalho de Naumov e Hemley mostra que a estabilidade da estrutura incomum do hidrogênio surge da estabilidade intrínseca de seus anéis de hidrogênio. Esses anéis se formam por causa da chamada aromaticidade, que é bem compreendido em moléculas contendo carbono, como benzeno, bem como no grafeno. As estruturas aromáticas assumem a forma de um anel que pode ser pensado como carbonos alternados de ligação simples e dupla. Mas o que realmente acontece é que os elétrons que compõem essas ligações teoricamente alternadas se deslocam e flutuam em um círculo compartilhado ao redor do interior do anel, aumentar a estabilidade.

p O estudo de Naumov e Hemley também indica que o hidrogênio inicialmente se torna um metal escuro e pouco condutor, como a grafite, em vez de um metal brilhante convencional e um bom condutor, como foi originalmente sugerido em cálculos teóricos que remontam à década de 1930 usando os primeiros modelos da mecânica quântica para sólidos.

p Embora a descoberta deste caráter de folha em camadas de hidrogênio denso tenha sido uma surpresa para muitos, Químicos há 30 anos - antes da descoberta do grafeno - previram a estrutura com base em considerações químicas simples. Seu trabalho é validado e ampliado pelas novas descobertas.

p "Geral, nossos resultados indicam que a ligação química ocorre em uma gama muito mais ampla de condições do que as pessoas haviam considerado anteriormente. Contudo, os efeitos estruturais dessa ligação química sob condições extremas podem ser muito diferentes do observado nas condições comuns que nos são familiares, "Disse Hemley.