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Cientistas do SLAC criaram hidreto de ouro pela primeira vez ao submeter hidrocarbonetos, hidrogênio e uma folha de ouro a pressões superiores às do manto terrestre e calor acima de 1.900 °C
Hidreto de ouro, um composto sólido formado apenas por átomos de ouro e hidrogênio, foi criado pela primeira vez por uma equipe internacional liderada por cientistas do SLAC, nos Estados Unidos, no ano passado. A descoberta ocorreu por acaso durante experimentos no European XFEL, na Alemanha, feitos para estudar a formação de diamantes sob calor e pressão extremos.
Descoberta ocorreu durante estudo sobre formação de diamantes
Os pesquisadores investigavam quanto tempo hidrocarbonetos, compostos formados por carbono e hidrogênio, levam para formar diamantes quando submetidos a condições extremamente intensas de temperatura e pressão.
Para isso, as amostras foram comprimidas em uma célula de bigorna de diamante, a pressões superiores às encontradas no manto terrestre. Depois, foram aquecidas a mais de 1.900 graus Celsius com pulsos repetidos de raios X do European XFEL.
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A folha de ouro inserida nas amostras tinha uma função técnica: absorver os raios X e ajudar a aquecer os hidrocarbonetos, que absorvem pouco esse tipo de radiação.
O resultado esperado apareceu nos registros. Os átomos de carbono formaram uma estrutura de diamante. Mas os cientistas também identificaram sinais inesperados de uma reação entre hidrogênio e ouro, formando hidreto de ouro.
Ouro pouco reativo surpreendeu os cientistas
A descoberta chamou atenção porque o ouro é conhecido por ser um metal pouco reativo. Essa característica foi justamente um dos motivos para ele ter sido usado como absorvedor de raios X no experimento.
Mungo Frost, cientista do SLAC que liderou o estudo, afirmou que o resultado foi inesperado porque o ouro costuma ser quimicamente “monótono” e pouco reativo.
Para os pesquisadores, o achado indica que pressões e temperaturas extremas podem mudar o comportamento de materiais conhecidos, abrindo espaço para reações químicas que não aparecem em condições comuns.
Os resultados foram publicados na Angewandte Chemie International Edition e ajudam a mostrar como as regras da química podem mudar em ambientes extremos, parecidos com os encontrados no interior de certos planetas ou em estrelas que realizam fusão de hidrogênio.
Hidrogênio superiônico ajudou a revelar o composto
Durante o experimento, o hidrogênio entrou em um estado denso chamado superiônico. Nessa condição, os átomos de hidrogênio fluíam livremente pela estrutura atômica rígida do ouro.
Esse comportamento aumentou a condutividade do hidreto de ouro e permitiu aos cientistas observar mudanças na forma como a estrutura cristalina do ouro dispersava os raios X.
O hidrogênio é difícil de estudar com raios X porque espalha essa radiação de maneira fraca. No experimento, porém, ele interagiu com os átomos de ouro, muito mais pesados.
Com isso, a equipe conseguiu usar a estrutura cristalina do ouro como uma espécie de testemunha do comportamento do hidrogênio. Segundo Frost, essa estrutura permitiu observar o que o hidrogênio estava fazendo dentro do material.
Estudo pode ajudar a entender planetas, estrelas e fusão
O hidreto de ouro oferece uma nova forma de estudar hidrogênio atômico denso em laboratório. Esse tipo de hidrogênio está associado a ambientes que não podem ser acessados diretamente em experimentos comuns.
Um dos exemplos citados pelos pesquisadores é o interior de certos planetas, onde o hidrogênio denso está presente. Estudar esse material em laboratório pode ajudar a compreender melhor esses mundos extraterrestres.
A pesquisa também pode trazer informações sobre processos de fusão nuclear em estrelas como o Sol. Além disso, os dados podem contribuir para estudos ligados ao desenvolvimento de tecnologias de fusão na Terra.
O composto, porém, parece existir apenas sob condições extremas. Quando a amostra esfria, o ouro e o hidrogênio se separam novamente.
Simulações feitas pela equipe indicaram ainda que mais hidrogênio poderia se acomodar na estrutura cristalina do ouro caso fossem usadas pressões mais elevadas.
Simulações podem ser aplicadas a outros materiais exóticos
Além da descoberta do hidreto de ouro, o estudo mostrou uma rota para investigar novas químicas em ambientes extremos.
A reação observada sugere que temperatura e pressão podem competir com a química convencional em certas condições.
Siegfried Glenzer, diretor da Divisão de Alta Densidade de Energia e professor de ciência de fótons no SLAC, afirmou que produzir e modelar experimentalmente esses estados é importante para estudar materiais exóticos.
Segundo ele, as ferramentas de simulação usadas no trabalho também podem ser aplicadas ao estudo de outras propriedades de materiais submetidos a condições extremas.
A equipe incluiu pesquisadores do SLAC, Universidade de Rostock, DESY, European XFEL, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Universidade de Frankfurt, Universidade de Bayreuth, Universidade de Edimburgo, Carnegie Institution for Science, Universidade de Stanford e SIMES.
Parte do trabalho foi financiada pelo Escritório de Ciência do Departamento de Energia dos Estados Unidos.
Esta matéria foi elaborada com base em informações do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC, do Departamento de Energia dos EUA, e do estudo publicado na Angewandte Chemie International Edition, com dados, números e declarações preservados conforme o material consultado.
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