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Polémica sobre hidrógeno metálico

Área: Física — Viernes, 27 de Enero de 2017

Polémica en torno la afirmación de que se ha conseguido sintetizar hidrogeno metálico.

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Hay una polémica en el mundo de la Física sobre si se ha conseguido o no hidrógeno metálico.

Esta polémica se ha alcanzado sólo al cabo de las horas de que apareciera el artículo correspondiente en Science, pero viene de meses atrás.

El hidrógeno metálico es algo que fue predicho por los teóricos hace ya más de 80 años y desde entonces ha sido una meta de los laboratorios de Física de materiales.

Se supone que el hidrógeno gaseoso puede convertirse en un sólido metálico si se alcanza una gran presión. En ese estado conduciría la electricidad, tendría aspecto plateado e incluso se ha propuesto que pudiera ser superconductor a temperatura ambiente. Pues lo increíble es que, una vez aplicada esa presión para obtener este material, el mismo permanecería en un estado metaestable por un tiempo más o menos indefinido.

Puestos a especular se ha dicho que este metal tendría propiedades cuasi-mágicas, pues, además de todo lo mencionado, podría servir para almacenar gran cantidad de energía, lo que permitiría explorar el espacio con sistemas de propulsión exóticos. Aunque nadie ha conseguido explicar un método no explosivo de extraer esa energía almacenada. Pudiera ser que al final la principal aplicación fuera militar.

Todo ello en teoría, claro. La única pista sobre la existencia de este material sería Júpiter, en cuyo interior habría hidrógeno metálico, lo que explicaría algunas propiedades de su intenso campo magnético. Pero hasta ahora nadie ha logrado sintetizar este material.

En 1935 Eugene Wigner y Hillard Bell Huntington predijeron que a partir de 25 gigapascales el hidrógeno se haría metálico, pero recientemente se calculó que la presión de transición estaría entre 400 y 500 GPa (entre unos 4 y 5 millones de atmósferas). Para hacernos una idea de esta presión, podemos recordar que en el núcleo terrestre la presión es de unos 360 GPa. Esto apunta a la gran dificultad de conseguir este logro.

Se ha venido intentando sintetizar hidrógeno metálico desde hace décadas gracias al uso de celdas de yunques de diamante. Básicamente se usan dos diamantes que entran en contacto en una pequeña área en donde se empuja uno sobre otro para así alcanzar una gran presión (foto de cabecera). Este sistema se ha usado para estudiar materiales a gran presión (como los minerales del interior de la Tierra) con bastante éxito desde hace mucho tiempo. Pero, hasta ahora, no se había logrado sintetizar hidrógeno metálico con él.

Todo ello hasta que el pasado octubre Ranga Dias y Isaac Silvera (ambos de Harvard University) publicaran un artículo en el repositorio ArXiv en donde decían que habían conseguido hidrógeno metálico. Este repositorio no usa revisores y ya entonces hubo críticas al respecto.

Ahora publican un artículo similar en Science, que es una revista de prestigio con revisores, pero las críticas persisten porque casi no hay información nueva. Los autores se defienden diciendo que querían publicar sus primeras observaciones antes de hacer nuevos experimentos.

Hasta ahora ha habido varios intentos con la misma tecnología y se informó que se había producido un cambio de color en el material, lo que indicaría que se estaba cerca, pero no sobre si se había conseguido el aspecto plateado de un metal que uno espera conseguir.

En este nuevo caso sí se informa de ese aspecto plateado, pero, además de este aspecto brillante no se informa de mucho más. No se han realizado medidas rigurosas sobre el material obtenido.

Para poder lograr esto Dias y Silvera han pulido los diamantes para así eliminar todo tipo de imperfección y los han recubierto con alúmina (óxido de aluminio). De este modo, podían aplicar gran presión sin que se rompieran los diamantes, que, además, van metidos dentro de un criostato para así mantener una temperatura justo por encima del cero absoluto. Esto permite usar hidrógeno líquido. Además, han aplicado 495 Gigapascales de presión, bastante más que la competencia. Entonces el material se volvió brillante y de aspecto metálico, reflejando la luz como lo haría un metal.

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Supuestamente, de izquierda a derecha y de menor a mayor presión, hidrógeno transparente retroiluminado, hidrógeno negro semiconductor e hidrógeno metálico reflectivo. Fuente: R. Dias y I.F. Silvera.

Otros físicos no se muestran convencidos de que lo observado sea hidrogeno metálico. Incluso proponen que podría ser la alúmina (óxido de aluminio) que recubre las puntas de los diamantes empleados. También se dice que la presión usada está sobreestimada y que los autores no dan la evolución de la presión durante el proceso, sino sólo la supuesta presión final, se critica la ausencia de reproducción de los experimentos (sólo se realizó un experimento) y, sobre todo, que no dan medidas de conductividad eléctrica, lo que despejarías las dudas sobre la metalicidad de la muestra obtenida. Un semiconductor podría tener la misma reflectividad, pero no sería un metal.

Algunos se han mostrados muy duros, como Eugene Gregoryanz (University of Edinburgh) que dijo: “la palabra basura no puede describirlo realmente”.

Los autores mantienen la muestra en el criostato a temperatura del nitrógeno líquido desde hace tres meses, lo que indicaría que tendría cierta estabilidad como mínimo. Están a la espera de hacer más medidas y experimentos sobre esta muestra que confirmen el logro.

Entre los posibles experimentos estarían la espectroscopia Raman y la dispersión de rayos-X que determinaría su composición, estado, estructura y resistencia. Además, se mediría su resistencia eléctrica. Por último, se podría liberar la presión para comprobar si es realmente estable. También sería interesante saber si es superconductor y si lo es saber su temperatura de transición.

Otra posibilidad es que el hidrogeno metálico no sea sólido, sino líquido. En todo caso sería algo muy interesante de estudiar.

Si este experimento es reproducible y finalmente se confirma el hallazgo, estaríamos delante de un gran logro en la Física, tanto a nivel fundamental como quizás en el campo de las aplicaciones.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5294

Fuentes y referencias:
Artículo original en Science.
Artículo en ArXiv.
Foto de cabecera: R. Dias y I.F. Silvera.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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14 Comentarios »

  1. JavierL:

    Al fin un material para sostener una planta de fusión nuclear

    Esperemos que realicen las pruebas

  2. Tomás:

    ¡No me extraña la polémica, porque obtener ese estado es algo asombroso! Habrá que confirmar, pero no me parece que sea difícil, dado lo ya obtenido o no, comprobar su certeza.

  3. lluís:

    Desde luego todo esto parece ciencia-ficción, es realmente sorprendente, esto sí que es una señora transición de fase, suponiendo que no sea ” garbage”, como dice el señor Gregoryanz.
    Me pregunto, por otra parte, cuál es la presión máxima que se puede alcanzar en un laboratorio terrestre.

    En cuanto a utilizar la dispersión ( o electroscopia Raman) no es mala idea, puesto que en un gas, por ejemplo el hidrógeno gaseoso,es dispersión puede ocurrir con el cambio de energía debido a una transición de un nivel de energía a otro nivel, generalmente más alto.

    No cabe duda que de confirmarse este asunto sería un logro fundamental y seguramente las aplicaciones enormes, si pensamos en su posible superconductividad, como dice JavierL, también se podría pensar en un contenedor para experimentar la fusión nuclear.

  4. Tomás:

    Pues ya que también la “r” y la “d” andan juntas aunque en diagonal, no puede ser rescribir, ni repitiendo la “e”.

  5. David:

    He leído, que el hidrógeno metálico, seria superconductor a alta temperatura, si no a temperatura ambiente, por su baja masa atómica, que favorecería un acoplamiento electron-fonon (frecuencia natural de vibracion de la red cristalina), muy fuerte. Así como una alta velocidad de sonido, en el solido. Este es mas fácil de calcular, para una cadena de átomos, unidimensional, con el modulo de compresión o modulo bulk; que en un solido 3D, para el que hay que calcular, las ondas s y p, con matrices; que requiere un calculo mas complejo, con matrices.

    https://es.m.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno_met%C3%A1lico

    Si bien, ya se esperaba, que el Nb3Si, una fase Beta-tungsteno o ReO3, tuviese una Tc >30°K mayor que la del Nb3Ge, con una Tc~23°K, por la baja masa del Si respecto a la del Ge; pero parece que todavía no se a obtenido el material o este, es inestable, por alguna razón.

    Un compositor de C-S, de anillo hexagonal y estructura de tipo grafito, tiene una Tc~20°K, mientras que el compuesto intercalado de CaC6?, tiene una Tc=11. 6°K, siendo los átomos de S, en el primero, mas pesados que los de C. El compuesto de LiBC, similar al
    MgB2, no tiene una Tc mayor que este ultimo, como se había especulado en un principio.

    E. J. Hirsch, había estudiado la regla de Chapnik para el coeficiente de Halo, en superconductores elementales. (Los que registraban una Tc mayor, tenían un signo positivo), e hizo su teoría de la superconductividad por huecos, que da mucha relevancia al signo y valores del coeficiente de Hall ( T – 1/RH). Aunque no se, si esta es correcta o si se ha confirmado ya, lo contrario; y en cuyo caso, donde lo podría leer.

    Si no fuese un metal solido, entonces seria liquido como el mercurio Seria entonces, un superfluido?

    Lo de servir como herramienta exótica para exploración espacial, se referirá al Sistema Solar, espacio cercano o circundante a la Tierra, no?; de forma mas eficiente que los propulsores químicos convencionales, actuales. Nada de viajes largo, tipo Star Trek de Londonderry, y otros autores de SciFi (Space Opera incluida), aun; si es que finalmente, este no es mas que terreno de la fantasía, destinado únicamente al entretenimiento y sueños románticos, como querencia a volar como los pájaros, o el viaje de la Tierra a la Luna, que ya trataron autores como Julio Verme, o Rudolf Erich Raspe (Aventuras de Barón de Münchhausen).

    Aplicaciones militares?, cuales?

    Quizás también podría hacer viable, el coche de hidrógeno. Los electrodos de platino, utilizados como catalizador son muy caros. Pero los hidruros para almacenar hidrógeno de forma segura, y no explosiva, en caso de rotura del deposito de almacenaje, y contacto con aire y llama o chispa eléctrica; podría sustituirse por hidrógeno metálico. Quizás en forma de electrodo o placa, que va consumiéndose o gastando a medida que fuese generando energía eléctrica.

    Y como fuente de energía foto solar, mejorando los paneles foto voltaicos, ahora que la moratoria a las nucleares en España, ya esta pagada y hay que pagar la pifiada politica de las renovables, que son deficitarias. Siendo solidarios, pasando por el aro del impuesto al sol, grabando y penalizando así el autoconsumo y la independencia energética; aunque se usen baterías de almacenamiento, y se este desconectado de la red eléctrica. (España es uno de los países mas restrictivos con el tema este. También uno de los que mas horas de luz solar tiene; y vamos por detrás de países como Alemania con este tema, que empezarían, en los años 1970, con el agua caliente por captador solar y fotovoltaica. También con aerogeneradores)

    Pensaba que un mismo trabajo, se podía publicar en el repositorio Arxiv, y después podías ofrecer el mismo, a otras publicaciones de pago, si te aceptaban y compraban el o los artículos de divulgación científica. Por cierto, el hidrógeno metálico, la molecula C60 fullereno, y los superconductores orgánicos derivados del benceno, como el K-dibenzopentaceno, no se pueden patentar, al ser los trabajos, descubrimientos cientificos. Lo cual esta muy bien (y dará menos quebraderos de cabeza y desembolso económico; pues una patente internacional, es muy cara para una sola persona particular)

    Veremos a ver como queda al final la cosa con el hidrógeno metálico.

  6. NeoFronteras:

    David:
    Sería una buena idea que dejara de usar la ciencia ficción o ficción científica como referencia.

    En cuento a lo que sea o deje de ser el hidrógeno metálico, lo sabremos cuando tengamos una muestra medible.

  7. Dr. Thriller:

    David, las aplicaciones militares de las cosas, otras no, pero son rematadamente sencillas: todo lo que pueda causar destrucción tiene aplicación militar. A mí también me gustaría creer, porque no tengo el más leve indicio de prueba, que esto ha sido otra elección contingente cultural, a fin de cuentas, es raro (aunque pasa) que animales de la misma especie se maten cuando compiten por sus cosillas (reproducirse, comer, todo eso). Desde que existe la historia la primera elección suele ser matar, afortunadamente no exterminar (aunque pasa), lo que da esperanzas de que no comprendemos muy bien el proceso.
    Como dice Neo, estamos aquí para comprender, así que en este caso la cosa es clara. Que conste que una cosa buena de los militares es que me gusta su planificación, usualmente si son profesionales suelen ser muy exhaustivos preveyendo todos los escenarios, especialmente los peores (desfavorable o no), y desgraciadamente como sabemos suelen quedarse cortos.
    Pero claro, es un colateral harto previsible cuando se busca destruir.

  8. David:

    Pues resueltas mis dudas con las aplicaciones del hidrógeno metálico: http://www.bbc.com/mundo/noticias-38776151 Lo de que se pueda obtener energía limpia con agua, sal y una membrana de 3 átomos de H de espesor, esta muy bien (me recuerda algo, a la pila de volta, y a las alcalinas). Es para mi, después de su aplicación como superconductor metálico, la que me gusta mas.

    Un saludo.

  9. JavierL:

    Amigo David

    ” obtener energía limpia con agua, sal y una membrana de 3 átomos”

    era un enlace a otra noticia y no estaba relacionada con el hidrógeno metálico

  10. Juan:

    perdona pero el link de Science no funciona.

  11. Tomás:

    JavierL: Te equivocas. En la pág. que nos indica David en su 8, el punto “Cómo crear energía limpia…” pertenece al apartado Ptropiedades “impresionantes”.
    Saludos

  12. NeoFronteras:

    Es que hasta que no se reproduzca el resultado, se descomprima, se vea si es metaestable, si es sólido, si es superconductor, etc, es como hablar del sexo de los ángeles.

    El problema es que esta afirmación de haber encontrado hidrógeno metálico se ha hecho varias veces en el pasado y todas eran falsas.

    El hecho de que publiquen un artículo y hayan dejado el experimento parado es significativo, porque si van más allá ellos mismos podrían ver que no hay tal logro y se quedan sin artículo, que es de lo que viven los investigadores.

    Aunque puede que sí sea verdad.

  13. JavierL:

    no tomas, alrededor de toda la noticia hay enlaces a diferentes paginas. en medio del texto, (les encanta facilitar la lectura)

    si haces click sobre esa frase te lleva otra pagina. donde te habla de un sistema de “dos compartimentos llenos de líquido que están separados por una membrana ultradelgada hecha de disulfuro de molibdeno(MoS2).”

    no es parte de la noticia, es publicidad a otras noticias.

  14. Tomás:

    Tienes toda la razón, amigo JavierL. ¡Vaya truco para despistar al lector! ¡Empiezas por un tema y te van cambiando sin que lo notes a poco despistado que seas! Si no te enteras podrías acabar leyendo noticias de prensa rosa.
    Gracias por el aviso.

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