I SALI IMPOSSIBILI E L’ACIDO DI HITLER

Nel cuore esotico di Urano e Nettuno

Un sofisticato algoritmo ha permesso a un team dell’Istituto Skolkovo di simulare l'interno dei giganti del Sistema solare e di alcune delle loro lune ghiacciate, scoprendo che potrebbe essere formato per una larga parte da materiali esotici, “proibiti” dalla chimica classica. La ricerca è stata pubblicata dalla rivista Scientific Reports.

Struttura molecolare dell'acido ortocarbonico, noto anche come acido di Hitler. Crediti: MIPT Press office

Struttura molecolare dell’acido ortocarbonico, noto anche come acido di Hitler. Crediti: MIPT Press office

Un team di scienziati della Skoltech, istituto russo per la scienza e la tecnologia, ha messo a punto un modello della composizione interna di Urano e Nettuno. I risultati, pubblicati su Scientific Reports, sono stati ottenuti grazie a un sofisticato algoritmo, USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography): il più universale ed efficace mai sviluppato per la previsione di composti e di strutture cristalline. I ricercatori lo hanno utilizzato per descrivere la struttura interna dei giganti gassosi e di alcune delle loro lune ghiacciate. E i risultati indicano che, alle altissime pressioni – pari a milioni di atmosfere – cui gli atomi presenti nel cuore dei pianeti studiati sono sottoposti, essi potrebbero dare origine a materiali cosiddetti “esotici”, “proibiti” dalla chimica classica: composti molecolari e polimeri come l’acido carbonico e l’acido ortocarbonico – meglio noto, quest’ultimo, come “acido di Hitler” per la forma a svastica della sua struttura molecolare.

«I giganti gassosi più piccoli – Urano e Nettuno – sono costituiti in gran parte da carbonio, idrogeno e ossigeno. Abbiamo scoperto che a una pressione di diversi milioni di atmosfere al loro interno si dovrebbero formare composti inaspettati. I nuclei di questi pianeti potrebbero essere costituiti in gran parte da questi materiali esotici», dice l’autore principale dello studio, Artem Oganov, professore alla Skoltech e responsabile del Computational Materials Discovery Lab del MIPT.

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La struttura interna del pianeta Urano (in alto) e della luna di Giove Europa (in basso). Crediti: MIPT Press office

Negli ultimi anni gli scienziati, grazie all’utilizzo di USPEX, hanno scoperto diverse sostanze che, contro ogni intuizione suggerita dalla chimica standard, potrebbero rivelarsi stabili a pressioni estreme. Sostanze come diverse varianti precedentemente sconosciute del sale – Na3Cl, NaCl3, NaCl7 e persino Na3Cl2 e Na4Cl3 – e nuovi ossidi di magnesio, silicio e alluminio che potrebbero esistere all’interno di super-Terre.

Oganov e il suo collega Gabriele Saleh, l’altro autore dello studio, hanno ora deciso di proseguire con nuovi studi sul comportamento chimico del sistema carbonio-idrogeno-ossigeno in condizioni di altissima pressione. «Si tratta di un sistema estremamente importante», sottolinea infatti Oganov, «perché tutta la chimica organica poggia su questi tre elementi e, fino ad ora, non era stato del tutto chiaro quale fosse il loro comportamento se sottoposti a pressioni e temperature estreme. Inoltre, essi svolgono un ruolo essenziale nella chimica del pianeti giganti».

Oganov e Saleh sono intenzionati a indagare e catalogare tutti i composti stabili nell’intervallo compreso fino a 400 GPa (circa 4 milioni di atmosfere) e hanno già scoperto diverse nuove sostanze. Tra queste, un tipo di co-cristallo che è stabile nell’intervallo di pressione 10-215 GPa: un clatrato composto da idrogeno molecolare e metano con formula 2CH4:3H2.

Gli scienziati hanno inoltre scoperto che, a pressioni superiori agli 0.95 GPa (circa 10.000 atmosfere), l’acido carbonico (H2CO3), una sostanza altamente instabile in condizioni normali, diventa termodinamicamente stabile.

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