L'idrogeno metallico cambierà il volto della tecnologia, finché non evapora

Nelle fucine del XIX secolo non vengono forgiati né l'acciaio né il titanio né le leghe di elementi di terre rare. Nelle odierne incudini diamantate con una lucentezza metallica brillava quello che ancora conosciamo come il più sfuggente dei gas...

L'idrogeno nella tavola periodica è in cima al primo gruppo, che comprende solo metalli alcalini, cioè litio, sodio, potassio, rubidio, cesio e francio. Non sorprende che gli scienziati si siano chiesti a lungo se anche lui avesse la sua forma metallica. Nel 1935, Eugene Wigner e Hillard Bell Huntington furono i primi a proporre condizioni in base alle quali l'idrogeno può diventare metallico. Nel 1996, i fisici americani William Nellis, Arthur Mitchell e Samuel Weir del Lawrence Livermore National Laboratory hanno riferito che l'idrogeno era stato prodotto accidentalmente allo stato metallico utilizzando una pistola a gas. Nell'ottobre 2016, Ranga Diaz e Isaac Silvera hanno annunciato di essere riusciti a ottenere idrogeno metallico a una pressione di 495 GPa (circa 5 × 10⁶ atm) e ad una temperatura di 5,5 K in camera diamantata. Tuttavia, l'esperimento non è stato ripetuto dagli autori e non è stato confermato in modo indipendente. di conseguenza, parte della comunità scientifica mette in discussione le conclusioni formulate.

Ci sono suggerimenti che l'idrogeno metallico possa essere in forma liquida ad alta pressione gravitazionale. all'interno di giganteschi pianeti gassosicome Giove e Saturno.

A fine gennaio di quest'anno, un gruppo di prof. Isaac Silveri dell'Università di Harvard ha riferito che in laboratorio era stato prodotto idrogeno metallico. Hanno sottoposto il campione ad una pressione di 495 GPa in "incudini" di diamante, le cui molecole formano il gas H₂ disintegrato e una struttura metallica è stata formata da atomi di idrogeno. Secondo gli autori dell'esperimento, la struttura risultante metastabileil che significa che rimane metallico anche dopo che la pressione estrema è cessata.

Inoltre, secondo gli scienziati, l'idrogeno metallico lo sarebbe superconduttore ad alta temperatura. Nel 1968, Neil Ashcroft, fisico della Cornell University, predisse che la fase metallica dell'idrogeno poteva essere superconduttiva, cioè condurre elettricità senza alcuna perdita di calore ea temperature ben superiori a 0°C. Questo da solo permetterebbe di risparmiare un terzo dell'elettricità che oggi si perde nella trasmissione e come risultato del riscaldamento di tutti i dispositivi elettronici.

A pressione normale allo stato gassoso, liquido e solido (l'idrogeno condensa a 20 K e solidifica a 14 K), questo elemento non conduce elettricità perché gli atomi di idrogeno si combinano in coppie molecolari e scambiano i loro elettroni. Pertanto, non ci sono abbastanza elettroni liberi, che nei metalli formano una banda di conduzione e sono portatori di corrente. Solo una forte compressione dell'idrogeno per distruggere i legami tra gli atomi rilascia teoricamente elettroni e rende l'idrogeno un conduttore di elettricità e persino un superconduttore.

Idrogeno compresso in una forma metallica tra i diamanti

Potrebbe anche servire una nuova forma di idrogeno carburante per razzi con prestazioni eccezionali. "Ci vuole un'enorme quantità di energia per produrre idrogeno metallico", spiega il professore. D'argento. "Quando questa forma di idrogeno viene convertita in un gas molecolare, viene rilasciata molta energia, rendendolo il motore a razzo più potente conosciuto dall'umanità".

L'impulso specifico di un motore che funziona con questo carburante sarà di 1700 secondi. Attualmente sono comunemente usati idrogeno e ossigeno e l'impulso specifico di tali motori è di 450 secondi. Secondo lo scienziato, il nuovo carburante consentirà alla nostra navicella spaziale di raggiungere l'orbita con un razzo monostadio con un carico utile maggiore e di raggiungere altri pianeti.

A sua volta, un superconduttore metallico a idrogeno funzionante a temperatura ambiente consentirebbe di costruire sistemi di trasporto ad alta velocità a levitazione magnetica, aumenterebbe l'efficienza dei veicoli elettrici e l'efficienza di molti dispositivi elettronici. Ci sarà anche una rivoluzione nel mercato dell'accumulo di energia. Poiché i superconduttori hanno resistenza zero, sarebbe possibile immagazzinare energia nei circuiti elettrici, dove circola fino a quando non è necessaria.

Stai attento con questo entusiasmo

Tuttavia, queste brillanti prospettive non sono del tutto chiare, poiché gli scienziati devono ancora verificare che l'idrogeno metallico sia stabile in condizioni normali di pressione e temperatura. I rappresentanti della comunità scientifica, che sono stati contattati dai media per un commento, sono scettici o, nella migliore delle ipotesi, riservati. Il postulato più comune è ripetere l'esperimento, perché un presunto successo è... solo un presunto successo.

Al momento, un piccolo pezzo di metallo può essere visto solo dietro le suddette due incudini diamantate, che venivano utilizzate per comprimere l'idrogeno liquido a temperature ben al di sotto dello zero. È la previsione del prof. Silvera e i suoi colleghi lavoreranno davvero? Vediamo nel prossimo futuro come gli sperimentatori intendono ridurre gradualmente la pressione e aumentare la temperatura del campione per scoprirlo. E così facendo, sperano che l'idrogeno proprio... non evapori.