Helium vormt mogelijk stabiele verbindingen in grote planeten

De Grote Rode Vlek op Jupiter
Jupiter en zijn Grote Rode Vlek (credit NASA/Hubble)

Het is vreemde chemie maar mogelijk vormt helium diep in het binnenste van grote planeten zoals Jupiter, stabiele verbindingen met andere elementen. Lang werd aangenomen dat dit in de natuur niet mogelijk is.

Na waterstof is helium het meest voorkomende element in het heelal. Het komt overvloedig voor in sterren en grote gasplaneten. Echter daar waar waterstof heel gemakkelijk reageert met andere elementen waar dan bijvoorbeeld water uit ontstaat is helium een lid van de groep elementen die we edelgassen noemen. Dit zijn gassen die niet graag verbindingen aangaan met andere elementen, deze gassen worden als inert beschouwd.

Ofschoon helium chemisch gezien het meest inerte element is dat we kennen hebben wetenschappers ontdekt dat er enkele voorwaarden zijn waaronder helium samen met andere elementen verbindingen kan vormen. Tot nu toe waren alle bekende heliumverbindingen zeer onstabiel of waren het verbindingen waarbij er nauwelijks interactie was tussen helium en het andere element.

Experimenten in laboratoria hebben nu laten zien dat onder de hoge drukken die heersen in het binnenste van reuzenplaneten, helium stabiele verbindingen kan vormen met natrium.

Eerder onderzoek had al uitgewezen dat de regels van de klassieke chemie onder hoge druk niet meer allemaal gelden. Onderzoekers van de universiteit van Nankai in het Chinese Tianjin besloten om te onderzoeken of ze nog een andere regel uit de klassieke chemie konden breken: ontdekken of er stabiele verbindingen mogelijk zijn tussen het meest niet-reactieve element Helium en andere elementen.

Het internationale onderzoeksteam zocht met behulp van berekeningen met twee supercomputers naar stabiele verbindingen van helium. Eén van deze supercomputers was de Tianhe II in Guangzhou die momenteel als de op één na sterkste supercomputer ter wereld in de boeken staat.

Hun resultaten voorspelden twee stabiele heliumverbindingen. Eentje is Na2He dat bestaat uit één helium atoom en twee natrium atomen. De andere stabiele verbinding is Na2HeO dat bestaat uit één helium atoom, twee natrium atomen en één zuurstof atoom.

Tijdens experimenten werd met succes Na2He gemaakt door de twee componenten samen te persen tussen twee diamanten waarbij een druk werd behaald van ongeveer 1,1 miljoen maal de atmosferische druk op Aarde. Volgens de onderzoekers is het een verrassing dat de verbinding eerst werd voorspeld en naderhand tijdens een experiment daadwerkelijk gemaakt kon worden.

De helium atomen vormen niet echt chemische bindingen met de natrium atomen maar de aanwezigheid van de helium atomen zorgt wel voor een fundamentele verandering in de chemische interacties tussen de natrium atomen waarbij elektronen gedwongen te worden paren te vormen ondanks dat ze dat van nature eigenlijk helemaal niet willen.

Het is volgens de onderzoekers een bizarre nieuwe soort verbinding waarin helium atomen er voor zorgen dat natrium atomen zich heel anders gaan gedragen.

De berekeningen suggereren dat de andere voorspelde heliumverbinding, Na2HeO stabiel is bij een druk van 0,15 tot 1,1 miljoen maal de atmosferische druk op Aarde. De structuur zou grote overeenkomsten vertonen met die van Na2He maar de plaats van de elektronenparen wordt ingenomen door zuurstofatomen.

De bevindingen kunnen mogelijk gevolgen hebben voor planeten en mogelijk ook sterren. Ofschoon het onzeker is welke effecten dergelijke heliumverbindingen hebben zullen wetenschappers moeten accepteren dat helium niet langer inert is.

De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in Nature Chemistry van 6 februari 2017

Eerste publicatie: 7 februari 2017
Bron: space.com




%d bloggers liken dit: