Иван Ортега

Внутри ледяных гигантов могут присутствовать вещества, уже предсказанные химиками, но ещё не полученные в лабораториях.

Внутри ледяных гигантов могут присутствовать вещества, уже предсказанные химиками, но ещё не полученные в лабораториях.

Химики из МФТИ и Сколтеха предложили гипотезу, согласно которой недра Урана, Нептуна и ледяных спутников планет-гигантов насыщены угольной и ортоугольной кислотами. Соответствующая <a href="http://www.nature.com/articles/srep32486" target="_blank">статья</a> опубликована в престижном журнале Scientific Reports.  
Ледяные планеты-гиганты, уступающие в размерах Юпитеру и Сатурну, в основном состоят из углерода, водорода и кислорода. Однако какие именно соединения образуются из этих элементов внутри них, во многом оставалось загадкой. Чтобы прояснить её, в МФТИ провели моделирование идущих там процессов на основе универсального и мощного алгоритма предсказания структуры химических соединений — USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography). Оказалось, когда давление внутри таких тел достигает нескольких миллионов атмосфер, в них должны формироваться соединения, невозможные в земных условиях. 
<img class="" src="https://static.life.ru/posts/2016/09/899865/312802a3d408886f0c247d4dac9b6aa3__660x.jpg" alt="" data-extra-description="&lt;p&gt;&lt;span&gt;Фото предоставлены институтом МФТИ&amp;nbsp;&lt;/span&gt;&lt;/p&gt;">
При обычном атмосферном давлении все соединения углерода, водорода и кислорода (кроме метана, воды и углекислого газа) нестабильны. Хотя вода и углекислота при росте давления сохраняют устойчивость, метан при давлении выше 93 гигапаскалей начинает разлагаться, образуя тяжёлые углеводороды: этан, бутан и полиэтилен. Учёные предприняли поиск всех стабильных соединений в диапазоне до 400 гигапаскалей и нашли множество новых веществ. В их числе клатрат молекулярного водорода и метана 2CH4 :3H2, стабильный от 10 до 215 гигапаскалей. При давлении выше 0,95 гигапаскаля становится термодинамически стабильной угольная кислота (H2CO3). Это очень необычно для вещества, которое является крайне неустойчивым при нормальных условиях. Её лабораторный синтез требует наличия сильных кислот, и H2CO3 сохраняется только в вакууме при очень низких температурах. 
<img class="" src="https://static.life.ru/posts/2016/09/899865/e6e067742c41adb3ecb7a57ae99ce271__660x.jpg" alt="" data-extra-description="&lt;p&gt;&lt;span&gt;Фото предоставлены институтом МФТИ&amp;nbsp;&lt;/span&gt;&lt;/p&gt;">
Условия, при которых может возникать угольная кислота, существуют в недрах ледяных спутников планет-гигантов, например внутри Европы, спутника Юпитера. Снаружи они покрыты толстым слоем льда, под ним — океан, окружающий каменное ядро. Учёные из многих групп не исключают, что в этом океане может существовать жизнь. Однако если расчёты группы Артёма Оганова верны, ядро там покрыто оболочкой из кристаллизованной угольной кислоты. 
<img class="" src="https://static.life.ru/posts/2016/09/899865/8880151cf57143c2f5f7e0c666bfe846__660x.jpg" alt="" data-extra-description="&lt;p&gt;&lt;span&gt;Фото предоставлены институтом МФТИ&amp;nbsp;&lt;/span&gt;&lt;/p&gt;">
Кроме того, при 314 гигапаскалях становится возможной экзотермическая реакция между угольной кислотой и водой с образованием ортоугольной кислоты (H4CO4). Это соединение пока вообще не удавалось получить в лабораториях из-за его крайней нестабильности. Структура молекулы ортоугольной кислоты напоминает свастику, потому её в шутку называют кислотой Гитлера. 
<div class="tiny-extquote">
<div>Не исключено, что ядра Нептуна и Урана могут содержать значительные количества полимера угольной кислоты и ортоугольной кислоты</div>
<div>Артём Оганов, теоретик-<a title="Кристаллография" href="https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D1%80%D0%B0%D1%84%D0%B8%D1%8F">кристаллограф</a>, химик, физик, материаловед
</div>
</div>
Ранее группа под руководством Оганова с помощью созданных ею алгоритмов предсказала, что множество веществ, запрещённых классической химией, могут быть стабильными при высоких давлениях. Это, например, <a href="https://mipt.ru/newsblog/lenta/european_fourier_transform_mass_spectrometry_1st_eftms_scool_12th_eftms_workshop?sphrase_id=137745">несколько ранее не известных вариантов обычной поваренной соли</a> — Na3Cl, NaCl3, NaCl7 и даже Na3Cl2 и Na4Cl3. Есть среди предсказаний Оганова и экзотические новые соединения магния, кремния и алюминия, которые могут существовать в недрах суперземель.

2281234ce4f8203ea32a01ca9965eec2.jpg

Фото: Пресс релиз института МФТИ &nbsp;&copy; Flickr/<a href="https://www.flickr.com/photos/nasamarshall/5099713438/in/photolist-8LDn8L-a2Vop3" target="_blank"> NASA's Marshall Space Flight Center </a>

Новости

Недра Нептуна и Урана могут состоять из "кислоты Гитлера"