Hidrogênio sólido - Solid hydrogen

Hidrogênio sólido é o estado sólido do elemento hidrogênio , obtido diminuindo-se a temperatura abaixo do ponto de fusão do hidrogênio de 14,01 K (−259,14 ° C; −434,45 ° F). Foi coletado pela primeira vez por James Dewar em 1899 e publicado com o título "Sur la solidification de l'hydrogène" (inglês: On the solidification of hidrogênio) nos Annales de Chimie et de Physique , 7ª série, vol. 18, outubro de 1899. O hidrogênio sólido tem uma densidade de 0,086 g / cm 3, tornando-o um dos sólidos de menor densidade.

Hidrogênio sólido molecular

Em baixas temperaturas e em pressões de até 400 GPa, o hidrogênio forma uma série de fases sólidas formadas a partir de moléculas discretas de H2 . Fase I ocorre a baixas temperaturas e pressões, e consiste de um arranjo hexagonal embalado-fim de rodar livremente H 2 moléculas. Ao aumentar a pressão em baixa temperatura, ocorre uma transição para a Fase II em até 110 GPa. A fase II é uma estrutura de simetria quebrada na qual as moléculas de H 2 não são mais capazes de girar livremente. Se a pressão aumentar ainda mais em baixa temperatura, uma Fase III é encontrada em cerca de 160 GPa. Ao aumentar a temperatura, ocorre uma transição para a Fase IV a uma temperatura de algumas centenas de Kelvin em uma faixa de pressões acima de 220 GPa.

Identificar as estruturas atômicas das diferentes fases do hidrogênio sólido molecular é extremamente desafiador, porque os átomos de hidrogênio interagem com os raios-X muito fracamente e apenas pequenas amostras de hidrogênio sólido podem ser obtidas em células de bigorna de diamante, de modo que a difração de raios-X fornece informações sobre as estruturas. No entanto, as transições de fase podem ser detectadas procurando por mudanças abruptas nos espectros Raman das amostras. Além disso, as estruturas atômicas podem ser inferidas a partir de uma combinação de espectros Raman experimentais e modelagem de primeiros princípios. Cálculos da teoria funcional da densidade têm sido usados ​​para pesquisar estruturas atômicas candidatas para cada fase. Essas estruturas candidatas apresentam baixas energias livres e espectros Raman de acordo com os espectros experimentais. Métodos quânticos de Monte Carlo , juntamente com um tratamento de primeiros princípios de efeitos vibracionais anarmônicos, foram então usados ​​para obter as energias livres de Gibbs relativas dessas estruturas e, portanto, para obter um diagrama de fase de pressão-temperatura teórico que está em concordância quantitativa razoável com o experimento. Nesta base, a Fase II acredita-se ser uma estrutura molecular de P 2 1 / c simetria; Fase III é (ou é semelhante a) uma estrutura de C 2 / C simetria consistindo de camadas planas de moléculas num arranjo hexagonal distorcida; e a Fase IV é (ou é semelhante a) uma estrutura de simetria Pc , consistindo em camadas alternadas de moléculas fortemente ligadas e folhas do tipo grafeno fracamente ligadas.

Veja também

Referências

Leitura adicional

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