„Hitler-Säure“ ist ein umgangssprachlicher Name, der sich auf Orthokohlensäure bezieht – ein Name, der von der Tatsache inspiriert wurde, dass das Aussehen des Moleküls einem Hakenkreuz ähnelt. Chemische Verbindungen sind ziemlich exotisch, und Chemiker sind sich immer noch nicht sicher, wie sie unter Laborbedingungen hergestellt werden sollen.
Aber es ist einfach so, dass diese Säure im Inneren von Planeten wie Uranus und Neptun existieren könnte. nach a Kürzlich durchgeführte Studie Von einem Team russischer Chemiker könnten die Bedingungen in Uranus und Neptun ideal sein, um exotische molekulare und polymere Verbindungen herzustellen und sie unter stabilen Bedingungen zu halten.
Die Studie wurde von Forschern der Moskauer Institut für Physik und Technologie (MIPT) und die Skolkovo Institut für Wissenschaft und Technologie (Skoltech). Mit dem Titel „Novel Stable Compounds in the C-H-O Ternary System at High Pressure“ beschreibt das Papier, wie die Hochdruckumgebungen innerhalb von Planeten Verbindungen erzeugen könnten, die nirgendwo sonst im Sonnensystem existieren.
Orthokohlensäure (auch als Hitlersäure bekannt). Bildnachweis: Moskauer Institut für Physik und Technologie
Professor Artem Oganov – Professor an der Skoltech und Leiter des Computational Materials Discovery Lab des MIPT – ist der Hauptautor der Studie. Vor Jahren entwickelten er und ein Forscherteam den weltweit leistungsstärksten Algorithmus zur Vorhersage der Bildung von Kristallstrukturen und chemischen Verbindungen unter extremen Bedingungen.
Bekannt als Universal Structure Predictor: Evolutionäre Xtallographie (UPSEX) verwenden Wissenschaftler diesen Algorithmus seitdem, um die Existenz von Substanzen vorherzusagen, die in der klassischen Chemie als unmöglich gelten, die aber dort existieren könnten, wo Drücke und Temperaturen hoch genug sind – also im Inneren eines Planeten.
Mit Hilfe von Gabriele Saleh, Postdoc-Mitglied des MIPT und Co-Autorin des Papers, beschlossen die beiden, mit dem Algorithmus zu untersuchen, wie sich das Kohlenstoff-Wasserstoff-Sauerstoff-System unter hohem Druck verhält. Diese Elemente sind in unserem Sonnensystem reichlich vorhanden und bilden die Grundlage der organischen Chemie.
Bisher war nicht klar, wie sich diese Elemente unter extremen Temperatur- und Druckbelastungen verhalten. Sie fanden heraus, dass diese Elemente unter diesen extremen Bedingungen, die in Gasriesen die Regel sind, einige wirklich exotische Verbindungen bilden.
Schema der inneren Struktur von Uranus. Bildnachweis: Moskauer Institut für Physik und Technologie
Wie Prof. Oganov in a MIPT-Pressemitteilung :
„Die kleineren Gasriesen – Uranus und Neptun – bestehen größtenteils aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Wir haben festgestellt, dass sich bei einem Druck von mehreren Millionen Atmosphären unerwartete Verbindungen in ihrem Inneren bilden sollten. Die Kerne dieser Planeten könnten größtenteils aus diesen exotischen Materialien bestehen.“
Unter Normaldruck – also dem, was wir hier auf der Erde erleben (100 kPa) – sind alle Kohlenstoff-, Wasserstoff- oder Sauerstoffverbindungen (außer Methan, Wasser und CO²) instabil. Aber bei Drücken im Bereich von 1 bis 400 GPa (10.000 bis 4 Millionen Erdnormale) werden sie stabil genug, um mehrere neue Substanzen zu bilden.
Dazu gehören Kohlensäure, Orthokohlensäure (Hitler-Säure) und andere seltene Verbindungen. Dies war ein sehr ungewöhnlicher Fund, wenn man bedenkt, dass diese Chemikalien unter normalen Druckbedingungen instabil sind. Im Fall der Kohlensäure kann sie nur stabil bleiben, wenn sie bei sehr niedrigen Temperaturen im Vakuum aufbewahrt wird.
Schema der inneren Struktur von Neptun. Bildnachweis: Moskauer Institut für Physik und Technologie
Bei Drücken von 314 GPa stellten sie fest, dass Kohlensäure (H²CO³) mit Wasser zu Orthokohlensäure (H4CO4) reagieren würde. Auch diese Säure ist extrem instabil und konnte von Wissenschaftlern bislang noch nicht im Labor hergestellt werden.
Diese Forschung ist von erheblicher Bedeutung, wenn es darum geht, das Innere von Planeten wie Uranus und Neptun zu modellieren. Wie bei allen Gasriesen sind die Struktur und Zusammensetzung ihres Inneren aufgrund ihrer Unzugänglichkeit Gegenstand von Spekulationen geblieben. Aber es könnte auch Auswirkungen auf die Suche nach Leben außerhalb der Erde haben.
Laut Oganov und Saleh erfahren auch die Innenräume vieler Monde, die Gasriesen (wie Europa, Ganymed und Enceladus) umkreisen, diese Art von Druckbedingungen. Zu wissen, dass diese Art exotischer Verbindungen in ihrem Inneren existieren könnten, wird wahrscheinlich die Meinung der Wissenschaftler unter ihrer eisigen Oberfläche verändern.
„Früher dachte man, dass die Ozeane in diesen Satelliten in direktem Kontakt mit dem felsigen Kern stehen und zwischen ihnen eine chemische Reaktion stattgefunden hat“, sagte Oganov. „Unsere Studie zeigt, dass der Kern in eine Schicht aus kristallisierter Kohlensäure ‚umhüllt‘ werden sollte, was bedeutet, dass eine Reaktion zwischen dem Kern und dem Ozean unmöglich wäre.“
Europas rissige, eisige Oberfläche, aufgenommen von der NASA-Raumsonde Galileo im Jahr 1998. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SETI
Wissenschaftler haben seit einiger Zeit verstanden, dass sich die Eigenschaften von Materie bei hohen Temperaturen und Drücken ziemlich drastisch ändern. Und während hier auf der Erde Atmosphärendruck und Temperaturen recht stabil sind (so wie wir sie mögen!), sieht die Situation im äußeren Sonnensystem ganz anders aus.
Indem wir modellieren, was unter diesen Bedingungen passieren kann, und wenn wir wissen, welche chemischen Bausteine beteiligt sind, könnten wir mit ziemlicher Sicherheit bestimmen, wie das Innere unzugänglicher Körper aussieht. Dies wird uns etwas zum Arbeiten geben, wenn der Tag kommt (hoffentlich bald), an dem wir sie direkt untersuchen können.
Wer weiß? In den kommenden Jahren a Mission nach Europa stellen möglicherweise fest, dass die Kern-Mantel-Grenze doch keine bewohnbare Umgebung ist. Anstelle einer wässrigen Umgebung, die durch hydrothermale Aktivität warm gehalten wird, könnte es stattdessen durch eine dicke Schicht chemischer Suppe sein.
Andererseits können wir feststellen, dass die Wechselwirkung dieser Chemikalien mit geothermischer Energie noch exotischeres organisches Leben hervorbringen könnte!
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