Hidrogênio metálico é sintetizado pela primeira vez

Mais de 80 anos depois de ter sido previsto pela primeira vez, os físicos criaram hidrogênio metálico, uma misteriosa forma de hidrogênio que poderia ser capaz de conduzir a eletricidade sem resistência à temperatura ambiente.

 

Os cientistas há muito tempo suspeitaram que o hidrogênio poderia existir como metal em certas partes do Universo, mas esta é a primeira vez que ele foi criado na Terra, e o material é ainda mais estranho e fascinante do que os cientistas imaginavam. “Isto é o ‘Santo Graal’ da física de alta pressão. É a primeira amostra de hidrogênio metálico na Terra, então quando você está olhando para ela, você está olhando para algo que nunca existiu antes”, disse o pesquisador principal Isaac F. Silvera da Universidade de Harvard.

 

A tabela periódica pode ser dividida em duas categorias: metais e não metais. Entre muitas outras propriedades, os metais são brilhantes, bons condutores e geralmente sólidos à temperatura ambiente, enquanto os não metais têm um aspecto opaco e são maus condutores de eletricidade.

 

Como a maioria de nós aprendeu na escola, o hidrogênio, o primeiro elemento na tabela periódica, é um não metal. Mas em 1935, os pesquisadores previram que sob certas condições, esse elemento comum e frequentemente estudado poderia ter seus átomos ligados tão firmemente, que o material não iria apenas assumir propriedades metálicas, mas ele poderia realmente se tornar um metal.

 

Mas essas condições não são fáceis de alcançar. Elas envolviam atingir pressões incrivelmente altas em temperaturas extremamente baixas, razão pela qual por mais de 80 anos, apesar de inúmeras tentativas, ninguém tinha sido capaz de provar que era possível. “A parte mais excitante é que submetemos o gás hidrogênio a pressões suficientemente elevadas e o vimos transformar-se em metal”, disse Silvera ao site Science Alert. Silvera tentava criar hidrogênio metálico há 45 anos.

 

“O hidrogênio passou por transparente, não transparente e preto, e de repente ficou lustroso. Nós poderíamos realmente vê-lo se tornar um metal”, explicou Silvera. Você pode ver este material, pela primeira vez no planeta Terra, abaixo: Isso não é apenas emocionante como uma prova de conceito no mundo da Física. O hidrogênio metálico é fonte de especulação porque previram que ele pode ter propriedades incríveis.

Mais importante ainda, os físicos acreditam que o hidrogênio metálico poderia ser um supercondutor à temperatura ambiente, o que significaria que o material poderia conduzir eletricidade com resistência zero. Muitos materiais supercondutores já são conhecidos. Eles foram usados para criar os campos magnéticos poderosos em máquinas de Ressonância Magnética e em trens Maglev, o trem de levitação magnética, mas eles só são capazes de alcançar a supercondutividade a temperaturas abaixo de -269º C, isso os torna caros e não práticos para muitos propósitos.

 

Se os cientistas conseguissem alcançar a mesma supercondutividade à temperatura ambiente, isso significa seria possível criar coisas como fios elétricos livres de perda. Atualmente, a grade perde 15% de sua energia com o calor, devido à resistência. O material também poderia ser um propulsor de foguetes mais poderoso, com incrível energia armazenada em seus laços capazes de levar à humanidade a mundos distantes.

 

Para ser claro, o hidrogênio metálico que Silvera e sua equipe criaram é minúsculo, com apenas cerca de 1 a 1,5 micrômetro de espessura, e 10 micrômetros de diâmetro. E até que o teste confirmou que sua amostra era real, eles estavam hesitantes em realizar demais testes sobre ele, então não existia nenhuma evidência até agora para sugerir que o material é um supercondutor. Isso será investigado nos próximos meses.

 

Mas, por enquanto, sabe-se que a amostra é real, e está estável no laboratório de Silvera desde outubro. Os pesquisadores alegaram que eles fizeram os estágios iniciais do hidrogênio metálico no passado e até mesmo atestaram a evidência do próprio hidrogênio metálico. Mas esses relatórios nunca foram verificados. Esta última reivindicação terá agora a sua chance de ser rebatida pelos críticos, mas até agora a amostra tem resistido todos os testes relevantes.

 

Para criar a amostra, a equipe prendeu gás hidrogênio dentro de um caixa de diamante minúsculo, a uma temperatura de -267,65º C e o colocaram sob alta pressão. Em 1935, foi previsto que o hidrogênio metálico emergisse a 25 gigapascal de pressão. Mas Silvera e sua equipe finalmente conseguiram isso em pressões entre 465 e 495 gigapascal, ou seja, quase 20 vezes maior do que o previsto inicialmente.

A equipe rapidamente viu sua mudança de aparência, mas para verificar se o que eles criaram era hidrogênio metálico, usaram medições espectroscópicas, incluindo a medição de sua refletividade, mostrando que o que era originalmente um gás de hidrogênio padrão tinha se transformado em um metal atômico.

 

Veja a estrutura atômica abaixo:

Agora que é sabido que o hidrogênio metálico existe, ainda há muitas perguntas a serem respondidas. A maior delas é se o hidrogênio metálico é um líquido ou um sólido, devido ao fato de os pesquisadores preverem que poderia ser ambos. Até agora, Silvera e sua equipe acreditam que o que eles criaram é um sólido, mas eles vão realizar análises mais detalhadas do material agora que ele foi verificado.

 

Eles também vão conectar o metal a uma corrente para testar se ele realmente é um supercondutor à temperatura ambiente. Silvera diz que também é provável que o hidrogênio metálico possa ser metaestável, o que significa que mesmo se liberar a pressão, permanecerá metálico. Um exemplo comum de um material metaestável é o diamante, que é uma forma metaestável de carbono. Para fazer diamante, é preciso colocar grafite sob alta pressão e calor, algo que acontece naturalmente abaixo da superfície da Terra.

 

O mesmo pode ser verdade no caso do hidrogênio metálico, e isso é algo que também será testado uma vez que todas as outras análises forem realizadas na amostra, apenas no caso das previsões estiverem erradas, e o material se dispersar de volta em um gás quando a pressão for aumentada.

 

“Nós vamos trabalhar nesta amostra por um tempo, e então vamos liberar a pressão e ver se a amostra persiste como hidrogênio metálico. E então vamos carregar outra amostra”, disse Silvera. A pesquisa foi publicada na revista Science.

[ Science Alert / Eurek Alert ] [ Fotos: Reprodução / Science Alert ]