Воду запідозрили в перетворенні на суперкислоту й утворенні алмазів на Нептуні

Моделювання хімічних властивостей води показало, що за умов дуже високих тиску та температури вона може перетворюватися на суперкислоту, яка в мільйони разів сильніша за сульфатну. Як вважають науковці, подібне перетворення води відповідальне за імовірне утворення дощів з алмазів на таких планетах, як Уран і Нептун. Якщо утворення суперкислоти з води доведуть експериментально, вона може знайти застосування у виготовленні штучних алмазів і перегонці нафти. Статтю про це опублікували на сайті препринтів arXiv.

Художнє зображення дощів з алмазів, що можуть іти на Нептуні та подібних до нього планетах. Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

Які екстремальні умови потрібні воді для перетворення на суперкислоту?

Оскільки вода міститься навіть у надрах Землі, де на неї впливають умови екстремального тиску та температур, науковці змоделювали поведінку молекул води в таких умовах. Як виявилося, за температури 2000-3000 Кельвінів і тиску 22–69 гігапаскалів вода починає діяти як суперкислота. Такі кислоти можуть бути в тисячі, мільйони чи навіть мільярди разів сильнішими за сульфатну кислоту та взаємодіяти зі сполуками, які за інших умов інертні.

Однією із таких сполук є метан, який міститься в атмосфері багатьох планет-гігантів. Коли науковці змоделювали взаємодію води-суперкислоти з метаном, до нього приєднався додатковий атом водню. Це призвело до протонування цієї сполуки та збільшення її здатності реагувати з іншими речовинами. В таких умовах науковці спостерігали утворення інших, складніших органічних сполук, таких як метиловий спирт, етан, пропан і бутан.

Спостерігаючи за активністю цих сполук у моделі, науковці встановили, що вони схильні до утворення довголанцюгових і розгалужених молекул. Ці молекули пізніше організуються у подібну до алмазу структуру, де атоми вуглецю зв’язуються лише один з одним, а не атомами інших елементів. Науковці припускають, що такі процеси залучені у формуванні алмазів у земній корі, на крижаних планетах-гігантах і планетах, що менші від Нептуна за розміром.

• Раніше планетологи припустили існування шару алмазів під поверхнею Меркурія — він може знаходитися на межі ядра та мантії планети й досягати товщини 18 кілометрів.
• А у внутрішніх частинах карбідних екзопланет вода може взаємодіяти з карбідом кремнію за екстремальних умов, що також призведе до утворення алмазів і силікатів.