Een internationaal team van wetenschappers heeft onder extreme omstandigheden een voorheen onbekende verbinding gesynthetiseerd: goudhydride. Deze baanbrekende ontdekking, die voortkwam uit onderzoek naar de transformatie van koolwaterstoffen onder hoge druk, opent nieuwe wegen voor het begrijpen van extreme chemie en de omstandigheden diep binnen planeten en sterren.
Het onderzoek, geleid door wetenschappers van het SLAC National Accelerator Laboratory in de Verenigde Staten en uitgevoerd bij de European XFEL in Duitsland, had oorspronkelijk als doel de omzetting van koolwaterstoffen naar diamant onder extreme druk en temperatuur te bestuderen. Goudfolie werd gebruikt als een röntgenabsorbeerder en warmtegeleider. Tot hun verbazing observeerden de onderzoekers, naast diamantvorming, de vorming van goudhydride.
Mungo Frost, onderzoeker bij SLAC en hoofdauteur van de studie, verklaarde: "Het was volkomen onverwacht, omdat goud chemisch gezien doorgaans erg 'saai' is – bijna onreactief. Dat is precies de reden waarom we het kozen als röntgenabsorbeerder." De bevindingen, gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition, tonen aan dat chemisch gedrag drastisch kan veranderen onder extreme omstandigheden, vergelijkbaar met die in planeten en sterren.
Om deze omstandigheden te creëren, comprimeerden de onderzoekers koolwaterstofmonsters met behulp van een diamant-aambeeldcel, waarbij de druk dieper dan de aardmantel werd overschreden, en verwarmden ze deze tot meer dan 1.900°C met röntgenstralen. De resultaten toonden aan dat waterstofatomen reageerden met goud, waardoor goudhydride ontstond. Onder deze omstandigheden ging waterstof in een superionische staat, waardoor waterstofatomen vrij konden bewegen binnen het goudrooster. Dit fenomeen verbetert de geleidbaarheid van goudhydride en biedt nieuwe inzichten in het gedrag van materie onder extreme druk en temperatuur.
De betekenis van deze ontdekking ligt in de implicaties voor het begrip van gasreuzen zoals Jupiter, waarvan wordt aangenomen dat ze vast waterstof in hun kernen bevatten, en voor de processen van kernfusie in sterren. Dit experiment biedt een venster op buitenaardse werelden en natuurlijke kosmische reactoren.
Siegfried Glenzer, directeur van de High Energy Density Division bij SLAC, benadrukte het belang van het experimenteel produceren en modelleren van deze toestanden van materie, en merkte op dat deze simulatietools ook kunnen worden toegepast op de exotische eigenschappen van andere materialen onder extreme omstandigheden. Goud, dat lange tijd als vrijwel inert werd beschouwd, heeft nu aangetoond een stabiel hydride te kunnen vormen, zij het alleen onder extreme druk en temperatuur. Hoewel het goud en waterstof na afkoeling weer scheidden, suggereren simulaties dat hogere drukken meer waterstofatomen in het goudrooster kunnen integreren. Dit onderzoek, dat voortkwam uit een onbedoeld experimenteel resultaat, onderstreept hoe wetenschap vaak vooruitgang boekt door onverwachte verrassingen en verlegt de grenzen van de chemische kennis.