Странности Урана связаны с «чужеродной» водой на планете, предположили ученые

Диковинная молекула предположительно скрывается внутри Урана и Нептуна, влияя на их магнитные поля.

Исследователи из Сколтеха вместе с коллегами из Китая показали возможность существования причудливого нового иона, связанного с водой. Для образования «акводия» нужны экстремальные условия, которые встречаются на ледяных гигантах Солнечной системы, а его свойства потенциально могут объяснить их странность.

Молекула воды — H₂O — состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. Но примерно в 1 из 500 миллионов молекул воды протоны могут перемещаться между атомами, создавая соответствующие положительно и отрицательно заряженные ионы гидроксид (OH⁻) и гидроксоний (H₃O⁺).

Этот эффект связан с sp3-гибридизацией — способом объединения электронных орбиталей при формировании молекул и ионов. При sp3-гибридизации ядро ​​атома — например, углерода, азота или кислорода — занимает центральную точку воображаемого тетраэдра. В каждой из вершин находится либо валентный электрон, либо два спаренных электрона, недоступных для образования связей с другими атомами.

У атома кислорода две собственные электронные пары во внешней оболочке вместе с двумя валентными электронами. С точки зрения sp3-гибридизации это означает, что только две вершины содержат ковалентную связь с водородом, а оставшиеся две заняты электронными парами. Так формируется молекула воды. Если присоединить ион водорода (протон) к одной из пар электронов, получится гидроксоний.

Исследователи предположили, что в определенных условиях кислород способен захватывать сразу два протона. Используя компьютерное моделирование они определили два условия, которые необходимы для этого. Во-первых, очень высокое давление вынуждает материю уменьшать свой объем, и разделение «свободной» электронной пары с ионом водорода этому способствует. Во-вторых, требуется много доступных протонов, то есть кислая среда.

Используя расширенное моделирование, ученые проверила, может ли такое произойти с плавиковой кислотой и водой в экстремальных условиях. Анализ показал, что при давлении около 1,5 млн атмосфер и температуре около 3000 °C должны появляться ионы акводия (H₄O²⁺).

Ледяные гиганты, Уран и Нептун, обладают странными магнитными полями, которые не совпадают с вращением планет или и смещены относительно физических центров планет. Акводий теоретически может влиять на свойства этих магнитных полей, и что интересно, давление и температура в глубине этих планет аналогичны тем, что использовались в моделировании.

На Уране мы думаем, что сами ионы водорода, то есть протоны, являются свободными носителями заряда. Необязательно в виде отдельных ионов H⁺, но возможно и в виде гидроксония H₃O⁺, аммония NH₄⁺ и ряда других ионов. Наше исследование добавляет еще одну возможность — ион H₄O²⁺, который чрезвычайно интересен с химической точки зрения.

Артем Оганов, профессор Сколтеха и соавтор исследования

Читать далее:

Рыбак прикрепил GoPro к карасю, чтобы найти щук: посмотрите, что у него вышло

Робот Mitsubishi собрал кубик Рубика с рекордной скоростью: человек успеет один раз моргнуть

Оказалось, это мутанты: что известно о новом виде кошек

На обложке: Уран на снимках телескопа «Хаббл». Изображение: ESA/Hubble & NASA, L. Lamy / Observatoire de Paris

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Астрономы сфотографировали «детство Вселенной» до появления галактик
Космос
Прощальные кадры: лунный модуль сфотографировал закат на Луне
Наука
Гены загадочных предков людей повлияли на работу мозга, показало исследование
Наука
В Петербурге открыли лабораторию для создания компьютеров, которые имитируют работу мозга
Наука
Телескоп «Евклид» показал 26 млн галактик: опубликованы первые результаты миссии
Космос
Крошечных морских животных увеличили в пять раз, чтобы рассмотреть их клетки
Наука
В Сеченовском Университете появится «умная» операционная 
Новости
Операторы связи начали заменять китайское оборудование на российское
Новости
В России хотят обязать использование отечественных процессоров для ИИ
Новости
Посмотрите на первого робота-гуманоида Nvidia в действии
Новости
Образцы с обратной стороны Луны показали, какой она была в прошлом
Космос
Морские интернет-кабели научились «прослушивать» на предмет саботажа
Новости
Нового рекорда на термоядерном синтезе добились в России
Наука
Российские ученые разработали материалы для памяти будущего  
Наука
Выяснилось, какие мутации ДНК ускоряют старение  
Наука
«Суперджет» с российскими двигателями ПД-8 впервые поднялся в воздух
Новости
Светочувствительные нановолокна ускорили рост нейронов  
Наука
ChatGPT может «заболеть» тревожностью и депрессией, но есть способ его «успокоить»  
Новости
Москва сократила выбросы углерода на 190 000 тонн благодаря электробусам  
Новости
Игуаны совершили рекордное путешествие миллионы лет назад: они проплыли по океану 8 000 км
Наука