Sabemos que el hidrógeno es el elemento más ligero presente en este universo y el litio es el tercer elemento más ligero. Encontramos hidrógeno como gas y litio como metal a una temperatura y presión determinadas presentes en la tierra. En el gas hidrógeno, los átomos están emparejados de manera robusta y cada átomo de hidrógeno contribuye con un electrón a la unión. En la taquigrafía de la química, el hidrógeno se llama H2.
Las actas de la Academia Nacional de Ciencias publicaron esta semana un artículo escrito por un equipo de científicos de Universidad de Cornell y la Universidad Estatal de Nueva York . Compartieron que si añadimos pequeñas cantidades de litio al hidrógeno y si mantenemos la presión a aproximadamente una cuarta parte de la presión (en la que el hidrógeno se convierte en un metal), el hidrógeno se transforma en un metal con propiedades de superconductividad. ha proporcionado fondos para este proyecto.
El hidrógeno y el litio reaccionan entre sí y forman un compuesto estable no metálico. Esto se muestra como LiH y se conoce como compuesto de litio e hidrógeno. Júpiter y Saturno experimentan intensas fuerzas y presiones gravitacionales, por lo tanto el hidrógeno se encuentra en forma metálica allí. Los científicos están tratando de crear situaciones para poder extraer el electrón del hidrógeno.
¿Cómo? Están tratando de exprimirlo entre las facetas de una célula de yunque de diamante bajo presiones de hasta 3,4 millones de atmósferas. Sabemos que la presión atmosférica a nivel del mar es una atmósfera y que en el centro de la tierra hay alrededor de 3,5 millones de atmósferas. Los científicos han enfrentado muchas dificultades con este método de presiones constantes. Han estado probando métodos de ondas de choque. Este es un tipo de programa informático sofisticado.
Los programas calculan teóricamente si el hidrógeno puede ser metalizado uniendo un átomo de litio con un número variable de átomos de hidrógeno. Los programas también calculan si el hidrógeno metálico puede fabricarse bajo presiones alcanzables en un laboratorio. Las combinaciones de litio e hidrógeno pronosticadas por el estudio no han sido verificadas en un laboratorio hasta ahora.
El equipo de investigación está probando varias combinaciones de hidrógeno y litio. Una de las combinaciones contiene un átomo de litio por cada seis átomos de hidrógeno o LiH6.
Los complejos cálculos pronostican que en el compuesto imaginario el átomo de Li se activa para descargar su solitario electrón exterior, que luego se distribuye entre las tres moléculas de H2. Ya se ha confirmado que bajo presión, la hipotética reacción forma un compuesto de hidrógeno estable y metálico. Los cálculos también prevén que LiH6 podría ser un metal a presiones normales. Sin embargo, bajo estas condiciones es inestable y se descompondría para formar LiH y H2.
«Se predice que el compuesto estable y metálico LiH6 formará alrededor de 1 millón de atmósferas, lo que representa alrededor del 25 por ciento de la presión requerida para metalizar el hidrógeno por sí mismo», dijo Eva Zurek, autora principal del trabajo y profesora asistente de química en la Universidad Estatal de Nueva York, Buffalo.
«Curiosamente, entre aproximadamente 1 y 1,6 millones de atmósferas, todas las combinaciones de LiH estudiadas eran estables o metaestables y todas eran metálicas», dijo Roald Hoffmann, coautor, ganador del Premio Nobel de Química de 1981 y profesor emérito Frank H.T. Rhodes de Humane Letters de Cornell.
Otro de los hipotéticos compuestos estudiados por el equipo estaba compuesto por un átomo de litio y dos átomos de hidrógeno o LiH2 (ver imagen inferior derecha).
«El estudio teórico abre la emocionante posibilidad de que combinaciones no tradicionales de elementos ligeros bajo alta presión puedan producir hidrógeno metálico bajo presiones accesibles experimentalmente y conducir al descubrimiento de nuevos materiales y nuevos estados de la materia», dijo Daryl Hess, director del programa en la División de Investigación de Materiales de NSF .
«Una vez más, estos investigadores han llevado la química a una nueva frontera», dijo Carol Bessel, directora de programa en el NSF Division of Chemistry . «Han descrito, a través de sus teorías y cálculos, moléculas que ponen a prueba nuestras suposiciones fundamentales sobre los átomos, las moléculas y las estructuras. Al hacerlo, desafían a los experimentalistas a hacer de lo que han imaginado en sus mentes una realidad para tenerlo en la mano».
Los miembros del equipo creen que la información obtenida del estudio sugiere que uno puede combinar grandes cantidades de hidrógeno con otros elementos. La información también puede ayudar algún día con el diseño de un superconductor metálico a base de hidrógeno.
Neil W. Ashcroft, quien es el coautor, y el Profesor Emérito de Física Horace White de Cornell, dice, «Ya hemos estado en contacto con experimentos de laboratorio acerca de cómo LiH6 podría ser fabricado, comenzando quizás con formas muy finamente divididas del compuesto común de LiH junto con hidrógeno extra».
