Химики получили представления о твердом метане

Физики прояснили структуру твердого метана, проведя опыты при давлениях до 45 ГПа. Они обнаружили, что фазовые переходы зависят от времени и чувствительны к световому воздействию. Результаты позволят точнее моделировать недра Урана и Нептуна.

По мнению ученых в недрах Нептуна залегает твердый метан

Источник: Unsplash

Группа физиков Эдинбургского университета в Великобритании провела эксперименты, чтобы понять, какую структурную форму принимает твердый метан. В атмосфере Земли этот углеводород пребывает в газообразном состоянии, но при сверхнизких температурах и сверхвысоком давлении он может стать твердым. Такие условия можно найти на поверхности Плутона и в недрах Урана и Нептуна.

У физиков нет однозначного мнения относительно того, какую структуру обретает метан в твердом состоянии. Молекулы этого углеводорода представляют тетраэдрическую структуру с максимально возможным расстоянием между четырьмя атомами водорода. В самой простой форме твердого метана эти атомы вращаются вокруг атома углерода, поэтому молекулы ведут себя как сферы.

Метан переходит в твердое состояние при температуре −182,5 °C и атмосферном давлении, либо при давлении 1,3 ГПа и температуре 20 °C. При более высоком давлении структура метана усложняется, значит твердый метан может обретать девять разных форм. Физики до сих пор не могут сойтись во мнении, где на его фазовой диаграмме находятся эти формы. Эти споры не позволяли прийти к одному мнению в вопросе о том, содержится ли твердый метан в недрах Урана и Нептуна и на какой глубине.

Молекула метана состоит из атома углерода и четырех атомов водорода

Источник: Википедия

Шотландские ученые провели ряд экспериментов под высоким давлением до 45 ГПа. Для определения расположения молекул применялась оптическая спектроскопия. В итоге исследователи выделили два отдельных варианта диаграммы фаз твердого метана:

1. кинетическая — отражающая фазовые превращения, зависящие от изменений температуры и давления;
2. равновесная, которая описывает стабильные формы, образуемые при длительной выдержке образцов при постоянных параметрах.

Эксперименты подтвердили, что метан может находиться в девяти разных формах. Также выяснилось, что молекулы углеводорода чувствительны к свету и разлагаются под воздействием интенсивных спектроскопических лучей.

Полученные данные позволят построить более точные модели недр Урана и Нептуна, лучше понять условия в их глубинах, планировать будущие эксперименты при более экстремальных показателях.

Ранее Наука Mail рассказывала, что томские ученые нашли способ эффективного превращения тяжелой нефти в легкую.