Odpocznij
Próbka wodoru w diamentowych kowadełkach (fot. R. Dias, I.F. Silvera)
Próbka wodoru w diamentowych kowadełkach  (fot. R. Dias, I.F. Silvera)

W najnowszym numerze ''Science'' zespół prof. Isaaca F. Silvery z Harvard University donosi, że udało im się uzyskać metaliczny wodór. To faktycznie sensacyjna wiadomość?

- Jeśli zostanie potwierdzona przez inne laboratoria, to tak. O tym, żeby zamienić wodór w metal, fizycy marzą od ponad osiemdziesięciu lat. Są teoretyczne przewidywania, że wodór rzeczywiście w pewnych specyficznych warunkach może zamienić się w metal, ale mimo wielu prób do tej pory nikomu nie udało się doświadczalnie tego potwierdzić.

Aż trudno to sobie wyobrazić, bo wodór kojarzy nam się właściwie wyłącznie z gazem...

- Rzeczywiście, to najlżejszy istniejący pierwiastek, dlatego występuje przede wszystkim w gazowym stanie skupienia. Jednak potrafimy już pod odpowiednim ciśnieniem i temperaturą zamienić go w ciecz, więc to, że może istnieć również jako ciało stałe, jest prawdopodobne. Trzeba tylko uzyskać ekstremalne warunki, aby mógł przejść w ten stan.

 

Jakie to warunki?

- Przede wszystkim olbrzymie ciśnienie, rzędu milionów atmosfer. Astronomowie od dawna przypuszczają, że naturalnie takie warunki mogą występować we wnętrzach gazowych planet - olbrzymów, przede wszystkim w Jowiszu. Cała powierzchnia Jowisza jest właściwie jedną wielką chmurą gazu, ale wraz ze wzrostem ciśnienia coraz bliżej środka planety zamienia się najpierw w ciecz, a potem właśnie w metal, tam gdzie panuje już gigantyczne ciśnienie setek milionów atmosfer.

Jak takie warunki można stworzyć na Ziemi?

- Naukowcom z Harvard University udało się ścisnąć wodór do około 5 milionów atmosfer - to więcej niż we wnętrzu naszej planety, gdzie panuje ciśnienie 3,6 miliona atmosfer. Wodór w laboratorium został ściśnięty za pomocą wielkiego imadła i specjalnych kowadełek z diamentu, najtwardszego materiału na Ziemi, jedynego, który w takich warunkach nie ulega skruszeniu. W ten sposób - jak twierdzi w swoim artykule prof. Silvera - uzyskano mikroskopijną ilość wodoru o właściwościach metalu. Co więcej, jak piszą w swoim artykule badacze, choć do wytworzenia tego metalu potrzeba ekstremalnych warunków, to kiedy już on powstanie, nie zmieni się z powrotem w ciecz albo w gaz, nawet jeśli to olbrzymie ciśnienie zniknie. Krótko mówiąc, pozostaje metalem w normalnym ziemskim ciśnieniu i temperaturze.

Jakie będzie miał właściwości ten metal? Co takiego w nim niezwykłego, że naukowcy toczą bój o jego uzyskanie od tylu lat?

- Najważniejsze jest to, że według przewidywań teoretycznych metaliczny wodór może mieć właściwości nadprzewodnika. Oznacza to, że będzie można przesyłać nim prąd na dowolne odległości bez żadnych strat. To byłby wielki technologiczny przełom, skutkujący niewyobrażalnymi dzisiaj oszczędnościami energii, na przykład wtedy, gdybyśmy potrafili z takiego nadprzewodzącego wodoru produkować kable do przesyłania prądu.

Fotografie próbki wodoru o średnicy 8 mikronów i grubości 1,2 mikrona na różnych etapach sprężania i przechodzenia w stan metaliczny (fot. R. Dias, I.F. Silvera)

Co jeszcze można byłoby z tego metalu zrobić?

- Warto pamiętać, że wodór to najlżejszy pierwiastek, a więc i stworzony z niego metal też byłby najlżejszym metalem istniejącym w kosmosie. Czy można byłoby budować z niego na przykład superlekkie statki kosmiczne czy choćby samoloty? Całkiem możliwe, choć dzisiaj tego jeszcze nie wiadomo, bo nie wiemy, jaką ma on twardość i inne fizyczne właściwości. Możliwe, że w swojej metalicznej postaci wodór będzie przypominał inne metale alkaliczne, na przykład lit, do którego na tablicy Mendelejewa jest mu blisko. Metaliczny lit istnieje i jest na przykład używany w bateriach. Jest to jednak metal stosunkowo miękki, dający się ugniatać. Jeśli jednak wodór w swojej metalicznej postaci też taki jest, można byłoby go wykorzystywać w superlekkich bateriach, osiągnąć niezwykłe moce obliczeniowe komputerów i ulepszyć praktycznie wszystkie urządzenia, które mają coś wspólnego z prądem.

A przy okazji zapewne dowiedzieć się czegoś o innych planetach?

- Zdecydowanie tak. Kto wie, czy to nie najciekawszy aspekt badań nad metalicznym wodorem. To przecież najczęściej występujący pierwiastek we wszechświecie i dobrze byłoby, abyśmy w pełni zrozumieli jego właściwości. Wiedza o tym, jak się zachowuje ten metal, jakie ma właściwości, to wielki krok do zrozumienia fizyki wnętrz gazowych olbrzymów takich jak Jowisz, które dziś są dla nas ciągle zagadką.

Michał Bejger. Profesor nadzwyczajny Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika Polskiej Akademii Nauk. Wśród jego zainteresowań są m.in. równanie stanu bardzo gęstej materii, fizyka gwiazd neutronowych i czarnych dziur oraz detekcja fal grawitacyjnych.