É verdade: hidrogênio metálico é criado pela primeira vez

Por , em 1.02.2017

Quase um século depois de ter sido teorizado, cientistas finalmente conseguiram criar o material mais raro e potencialmente valioso do planeta: hidrogênio metálico.

Isaac Silvera e Ranga Dias, da Universidade de Harvard, nos EUA, afirmam que o material tem uma ampla gama de aplicações, incluindo no transporte terrestre e espacial.

O estudo foi publicado em um artigo na edição de 26 de janeiro da revista Science.
Metal x não metal

A tabela periódica pode ser amplamente dividida em duas categorias – metais e não metais. Entre muitas outras propriedades, os metais são lustrosos (brilhantes), bons condutores e geralmente sólidos à temperatura ambiente, enquanto os não metais têm um aspecto opaco e são maus condutores.

Você provavelmente já sabe, mas o hidrogênio – o primeiro elemento da tabela periódica – não é um metal.

Em 1935, entretanto, os pesquisadores previram que, sob certas condições, esse elemento comum e frequentemente estudado poderia ter seus átomos ligados tão firmemente que não iria apenas assumir propriedades metálicas: poderia realmente se tornar um metal.

Mas essas condições não são fáceis de alcançar – elas envolvem atingir pressões incrivelmente altas em temperaturas extremamente baixas, razão pela qual por mais de 80 anos e apesar de inúmeras tentativas, ninguém tinha sido capaz de provar que era possível – até agora.

Você pode ver este material, pela primeira vez no planeta Terra, abaixo:

Maior que a pressão no centro da Terra

Para criar o material, a equipe prendeu gás hidrogênio dentro de uma “caixa” de diamante minúscula, resfriada a menos 267,65 graus Celsius e colocada sob uma pressão incrivelmente alta.

Em 1935, foi previsto que o hidrogênio metálico emergiria a 25 gigapascals (GPa) de pressão. Mas Silvera e sua equipe finalmente conseguiram isso a pressões entre 465 e 495 GPa – quase 20 vezes mais do que o antecipado.

Para colocar isso perspectiva, 1 GPa é igual a 1 milhão de kilopascals (KPa), e a pressão média no nível do mar é 101.325 KPa.

Nessas pressões extremas, o hidrogênio sólido se quebra, e as moléculas fortemente ligadas se dissociam para se transformar em hidrogênio atômico, que é um metal.

Metaestável

O trabalho oferece uma nova janela para a compreensão das propriedades gerais do hidrogênio.

“Uma previsão muito importante é que o hidrogênio metálico seja metaestável”, disse Silvera. “Isso significa que, se você retirar a pressão, ele continuará metálico, semelhante à maneira como os diamantes se formam a partir de grafite sob intenso calor e pressão, mas permanecem diamantes quando a pressão e o calor são removidos”.

Revolução

Compreender se o material é estável é importante, porque as previsões sugerem que o hidrogênio metálico pode atuar como um supercondutor à temperatura ambiente.

“Isso seria revolucionário”, disse ele. “Até 15% da energia é perdida para a dissipação durante a transmissão, por isso, se você pudesse fazer fios a partir deste material e usá-los na rede elétrica, poderia mudar a história”.

Entre os Santos Graal da física, um supercondutor à temperatura ambiente poderia mudar radicalmente o nosso sistema de transporte, tornando possível a levitação magnética de trens de alta velocidade, além de tornar os carros elétricos mais eficientes e melhorar o desempenho de muitos dispositivos eletrônicos.

O material também poderia proporcionar grandes melhorias na produção de energia e armazenamento – porque supercondutores têm energia de resistência zero que poderia ser armazenada através da manutenção de correntes em bobinas supercondutoras e, em seguida, usada quando necessário.

Para o infinito e além

O hidrogênio metálico não seria revolucionário somente na Terra – também poderia desempenhar um papel fundamental para ajudar os seres humanos a explorar os confins do espaço.

“É preciso uma tremenda quantidade de energia para produzir hidrogênio metálico”, explicou Silvera. “E se você o converte de volta a hidrogênio molecular, toda essa energia é liberada, por isso faria o propulsor de foguetes mais poderoso conhecido pelo homem”.

Os combustíveis mais poderosos em uso hoje possuem um “impulso específico” (medida de quão rápido um propelente é disparado da parte de trás de um foguete) de 450 segundos. O impulso específico para o hidrogênio metálico, por comparação, é teorizado em 1.700 segundos.

“Isso permitiria facilmente que se explorasse os planetas exteriores”, comemora Silvera. “Nós seríamos capazes de colocar os foguetes em órbita em apenas uma etapa, e enviar cargas úteis maiores”.

Próximos passos

Para ser claro, o hidrogênio metálico que Silvera e sua equipe criaram possui apenas cerca de 1 a 1,5 mícrons de espessura e 10 mícrons de diâmetro, por isso é minúsculo.

Os pesquisadores não realizaram muitos testes com ele ainda, então não temos nenhuma evidência para sugerir que o material é de fato supercondutor. Isso é algo que será investigado nos próximos meses.

Por enquanto, sabemos que a amostra é real e está estável no laboratório de Silvera desde outubro.

Muitas mais descobertas devem ser feitas. Mas só de saber que provamos que o mais comum de todos os elementos do universo pode existir em uma forma inteiramente nova, já é motivo suficiente para celebrar. [Phys, ScienceAlert]

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3 comentários

  • Luiz Renato:

    Se o hidrogênio metálico nasce de uma pressão absurda e temperatura próxima do zero absoluto, outros planetas podem produzi-lo naturalmente?

    • Ozias Abyara:

      Sim, especialmente em planetas com atmosferas muito densas exemplos ; Jupiter, Saturno, Urano, Neptuno

    • Ozias Abyara:

      Esses planetas possuem atmosferas mega densas, e são ricos em hidrogênio e hélio incluindo metano, por serem muito grandes nos seus interior

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