Hidrógeno – ¿El metal?

El compuesto basado en hidrógeno SiH4(H2)2 puede ser un sistema útil en el cual explorar el hidrógeno metálico. Crédito: Imagen con copyright de la Sociedad Física Americana [Ilustración: Alan Stonebraker after T. Strobel et al.]

El hidrógeno es el más común de los elementos del universo y es un gas aislante. El hidrógeno también es el más simple de los elementos: contiene un protón y un electrón.

Pero a altas presiones el hidrógeno puede transformarse en un superconductor y los científicos de la Institución Carnegie en Washington D.C, dicen que han descubierto un compuesto basado en hidrógeno que podría ser de ayuda en la búsqueda de formas metálicas y superconductoras de hidrógeno.

Debido a que el hidrógeno es tan ligero, la teoría cuántica dice que tendrá una energía significativa incluso cuando se enfríe a temperaturas muy bajas. Esto es por lo que el hidrógeno sólo se solidifica a apenas 14 grados por encima del cero absoluto.

Los científicos predijeron que debería ser posible formar un metal a partir del hidrógeno, pero que las presiones requeridas para ello – unas cuatro millones de atmósferas – superan a las del centro de la Tierra.

Formando compuestos de hidrógeno con otros elementos como el silicio (Si) es posible crear formas bastante densas de hidrógeno que se convierten en metales a presiones más accesibles experimentalmente. De hecho, SiH4 se convierte en un metal a aproximadamente una décima parte de la presión necesaria para hacer hidrógeno metálico puro, y un superconductor a aproximadamente 1 millón de atmósferas.

En su artículo, Timothy Strobel, Maddury Somayazulu, y Russell Hemley presentan experimentos extensivos a altas presiones en una mezcla de SiH4 y H2. A presiones de apenas ~ 7.5 GPa, descubrieron un nuevo compuesto – SiH4(H2)2 – en el cual los enlaces de hidrógeno eran inusualmente débiles y podía convertirse en un metal a presiones mayores.

El objetivo final de tales estudios es generar condiciones bajo las cuales el hidrógeno se convierte de forma efectiva en un metal, y con suerte un superconductor, a presiones menores de las requeridas para el hidrógeno sólido puro.

Se informa de los resultados en la revista Physical Review Letters.


Fecha Original: 3 de agosto de 2009
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Comments (8)

  1. Buenos días.
    Leyendo el interesante post de hoy he encontrado un pequeño error químico, el qual he visto que ya ha sido escrito por “scientificblogging” pero lo podríais haber corregido. Se trata de la descripción del átomo de Hidrógeno. Cuando decís que el átomo de H contiene 1 protón i 1 neutrón supongo que queréis decir que tiene 1 protón i 1 electrón. Como sabéis el isótopo más abundante del H, el protio, contiene 1 protón i 1 e- (i ningun neutron). El segundo isótopo en abundancia, el Deuterio, si que tiene 1 neutrón en su núcleo.

    Felicidades por el blog.

    Pep Anton (PepQuímic).

  2. Está claro que el HIdrógeno es el elemento más abundante y también el más simple del Universo y, bajo ciertas circunstancias puede sufrir transisiciones de fase que varien sus propiedades originales y lo pueda transformar en otra cosa distinta a lo que originalmente era.

    Como bien se nos explica, el Hidrógeno tiene un sólo electrón y un sólo ptotón, y, sólo podría compartir ese electrón con un vecino situado en otro átomo de Hidrógeno. Claro que, al existir un sólo electrón, éste está demasiado bien sujeto para ser suficientemente móvil y poder convertir el hidrógeno en metal haciendo que sus átomos se enpaqueten densamente.

    Pero, en este caso, se le podría proporcionar una pequeña ayuda para obligarlo a que se enpaquete muy densamente, no por su propia constitución electrónica, sino por la presión exterior recibida que, estrujarían los átomos hasta el punto de que cada átomo sea rodeado de ocho o diez átomos e incluso doce compañeros unidos todos en una proximidad inusual.

    En tal caso, podría ser que el electrón de cada átomo, a pesar de la fuerte atracción del núcleo, pudiera deslizarse de una compañero vecino al otro y, de esa manera, lo que obtendríamos sería el Hidrógeno Líquido.

    Para conseguir tal grado de compresión y densidad, el hidrógeno tendrá que hallarse en estado casi puro (la presencia de otros átomos, interferiría) y a una temperatura no demasiado alta. De lo contrario, se expandiría.

    or otro lado tiene que hallarse bajo enormes presiones. Ya sabeis que uno de los lugares del Sistema Solar donde se dan esas idóneas condiciones está precisamente en el centro del planeta Júpiter, donde se cree que parte de su núcleo está formado por Hidrógeno Líquido.

    Estas pruebas son bastante interesantes e incluso, de un aprovechamiento impensable para la Industria y la tecnología, ya que, la inmensa conducción eléctrica del Hidrógeno Líquido lo hace un material deseado en muchos ámbitos.

    El Hidrógeno Metálico Líquido, presente en Júipiter y Saturno, desgraciadamente, debido a las condiciones del planeta, no está presente en la Tierra y, por aproximación y extrapolandolo al Mercurio (por ejemplo) nos podemos hacer una idea de lo que podría ser.

    El Hidrógeno a temperaturas de miles de grados y presiones altas, se puede comportar como un metal líquido por transición de fase de gaseoso a líquido.

    De todo esto podemos deducir que, tendríamos que estudiar más a fondo el interior de los planetas gigantes gaseosos para poder (si es posible) copiar lo que allí dentro ocurre y, de esa manera, obtener esos preciados materiales que a partir de otros sencillos se podrían obtener.

    No podemos asombrarnos de nada de esto, ya que, una Nebulosa eyectada al espacio interestelar por una explosión supernova, deja sembrado el espacio de materiales que, ahora más complejos por las grandes temperaturas de la explosión, antes eran simples átomos de hidrógeno y, a partir de ellos, se pudieron formar en esas altas presiones y temperaturas descomunales de una explosión supernova, materiales que, como el oro o el uranio (no ya los simples Oxígeno, Nitrógeno, o, Carbono) se han transformado a partir de uno primero que se llama: Hidrógeno.

    Así pués, sabemos que todo, todo cuando existe en el Universo, por muy complejo que este puede resultar, primero fue o estuvo en la forma de Hidrógeno, el material primigenio a partir del cual, vinieron todos los demás elementos de la Tabla Periódica, a excepción de los Transuránicos que son artificiales.

    De esa manera, podremos seguir avanzando y obteniendo, cada vez más rendimiento de la Materia que, para mí no es nada inerte y parece tener memoria.

    ¿La tendrá?

    • Turok

      La materia..Y tanto que tiene memoria…concretamente en el cerebro.¿O es que acaso piensas que tú no eres materia?.Otra cuestión es la denominada” memoría de forma” (nanotecnología que dota de memoria a determinados nanomateriales o metamateriales).

  3. Jurl

    También faltaría entonces mencionar al tritio, que es el otro isótopo presente en la naturaleza (y el menos abundante de todos), radiactivo. Y también podríamos hablar del TMS (tetrametilsilano), el compuesto que se utiliza para calibrar los instrumentales de RMN de protón, muy en relación con todo esto que estamos hablando. Pero claro, el autor del blog no puede poner artículos kilométricos xD (por eso unos saben escribir, y otros no sabemos).

  4. [...] podría ser de ayuda en la búsqueda de formas metálicas y superconductoras de hidrógeno. Vía http://www.cienciakanija.com/2009/08/04/hidrogeno-%C2%BFel-metal/ sin comentarios en: cultura, ciencia karma: 20 etiquetas: hidrógeno, metal negativos: [...]

  5. j

    porque no se pueden reproducir esa cantidad de atmosferas en la tierra, es peligroso? o es casi imposible con la tecnologia actual?

    • Jurl

      4 millones de atmósferas son 405.300 millones de Pa, o GPa, o de N/m^2, es decir, más o menos 41 millones de toneladas por metro cuadrado. Yo no sé qué tipo de prensa podría recrear semejante presión. Hablamos de medio billón de Pa, se calcula que la presión en el núcleo terrestre es de 350 GPa. Una presión así sólo se puede crear (que me corrijan si me equivoco) con explosivos nucleares. Como instrumental nos falla el tremendo exceso de radiación electromagnética que producen (la evacuación del calor por ejemplo sería todo un problema xD).

      Sí, es complicado crear esas presiones en laboratorio.

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