Исследование, опубликованное в Physical Review Letters 25 февраля, демонстрирует возможность существования уникального соединения железа с гелием, что может указывать на наличие первичного гелия в недрах планеты.
Гелий является одним из самых неактивных элементов и типичным представителем благородных газов. При нормальных условиях он не склонен к образованию химических связей, так как неохотно отдает или принимает электроны. Однако при экстремально высоких давлениях и температурах его поведение значительно меняется.
Группа ученых во главе с физиком Кей Хиросе из Токийского университета провела эксперимент с использованием алмазных наковален. В эксперименте применялись железо и гелий при давлениях свыше 50 000 атмосфер и температурах выше 1 000 °C, что привело к формированию кристаллов, объем которых оказался больше, чем у чистого железа при тех же условиях. Увеличение объема объясняется размещением гелиевых ионов в интерстициальных пространствах между атомами железа.
Гелий не образует прямых химических связей с железом, поскольку не склонен к совместному использованию электронов. Вместо этого он интегрируется в кристаллическую решетку, реализуя принцип «химии без химических связей». Как отметил химик Стефано Рачиоппи из Университета штата Нью-Йорк в Буффало: «Гелий очень счастлив так, как есть. Он не хочет делиться электронами».
Геологические данные свидетельствуют о том, что подавляющее большинство гелия появляется в результате радиоактивного распада, тогда как первичный гелий, содержащий один нейтрон, был создан вскоре после Большого взрыва и интегрирован в Землю в период ее формирования. Океанские вулканические извержения выделяют гелий такого типа, что указывает на существование глубокого резервуара первичного гелия.
Кей Хиросе подчеркнул: «Распределение гелия между магмой, силикатным расплавом и металлическим железом имеет решающее значение». Стабильность гелия в железе по сравнению с силикатами определит, где именно в недрах Земли будет преимущественно накапливаться этот элемент.
Компьютерный физик Рональд Коэн из Карнеги Института науки в Вашингтоне отметил: «Я бы не сказал, что это доказательство наличия гелия в ядре Земли, но это дает основание предположить такую возможность». Химик Маошенг Миао из Калифорнийского государственного университета в Нортридже поставил вопрос, уникально ли поведение гелия для железа или подобная интеграция возможна и с другими переходными металлами, что может открыть «химию, о которой мы не догадывались».
Полученные результаты расширяют представления о химии благородных газов и ставят под вопрос традиционные представления о поведении гелия в экстремальных условиях. Эти данные могут стать основой для переосмысления геофизических процессов, связанных с внутренним составом Земли, и стимулировать дальнейшие исследования в фундаментальной химии.
Изображение носит иллюстративный характер
Гелий является одним из самых неактивных элементов и типичным представителем благородных газов. При нормальных условиях он не склонен к образованию химических связей, так как неохотно отдает или принимает электроны. Однако при экстремально высоких давлениях и температурах его поведение значительно меняется.
Группа ученых во главе с физиком Кей Хиросе из Токийского университета провела эксперимент с использованием алмазных наковален. В эксперименте применялись железо и гелий при давлениях свыше 50 000 атмосфер и температурах выше 1 000 °C, что привело к формированию кристаллов, объем которых оказался больше, чем у чистого железа при тех же условиях. Увеличение объема объясняется размещением гелиевых ионов в интерстициальных пространствах между атомами железа.
Гелий не образует прямых химических связей с железом, поскольку не склонен к совместному использованию электронов. Вместо этого он интегрируется в кристаллическую решетку, реализуя принцип «химии без химических связей». Как отметил химик Стефано Рачиоппи из Университета штата Нью-Йорк в Буффало: «Гелий очень счастлив так, как есть. Он не хочет делиться электронами».
Геологические данные свидетельствуют о том, что подавляющее большинство гелия появляется в результате радиоактивного распада, тогда как первичный гелий, содержащий один нейтрон, был создан вскоре после Большого взрыва и интегрирован в Землю в период ее формирования. Океанские вулканические извержения выделяют гелий такого типа, что указывает на существование глубокого резервуара первичного гелия.
Кей Хиросе подчеркнул: «Распределение гелия между магмой, силикатным расплавом и металлическим железом имеет решающее значение». Стабильность гелия в железе по сравнению с силикатами определит, где именно в недрах Земли будет преимущественно накапливаться этот элемент.
Компьютерный физик Рональд Коэн из Карнеги Института науки в Вашингтоне отметил: «Я бы не сказал, что это доказательство наличия гелия в ядре Земли, но это дает основание предположить такую возможность». Химик Маошенг Миао из Калифорнийского государственного университета в Нортридже поставил вопрос, уникально ли поведение гелия для железа или подобная интеграция возможна и с другими переходными металлами, что может открыть «химию, о которой мы не догадывались».
Полученные результаты расширяют представления о химии благородных газов и ставят под вопрос традиционные представления о поведении гелия в экстремальных условиях. Эти данные могут стать основой для переосмысления геофизических процессов, связанных с внутренним составом Земли, и стимулировать дальнейшие исследования в фундаментальной химии.
