ทองคำสามารถแปลงร่างเป็นผู้เชี่ยวชาญเคมีได้หรือไม่? นักวิทยาศาสตร์สร้าง ‘ทองคำไฮไดรด์’ ในการทดลองสุดขั้ว

ทองคำเป็นคำพ้องความหมายกับความเฉื่อยมานานแล้ว แทบจะไม่มีปฏิกิริยากับสิ่งใดเลย ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่ทำให้ทองคำยังคงความเจิดจ้าไว้ได้นานนับพันปี อย่างไรก็ตาม การค้นพบอันน่าประหลาดใจที่ห้องปฏิบัติการเร่งอนุภาคแห่งชาติ SLAC ในสหรัฐอเมริกา ได้พลิกโฉมความเข้าใจของเราเกี่ยวกับทองคำอย่างสิ้นเชิง ขณะทำการทดลองภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูง ซึ่งจำลองสภาวะของแกนกลางดาวเคราะห์ นักวิทยาศาสตร์ได้รวมทองคำเข้ากับอะตอมไฮโดรเจนอย่างไม่คาดคิด จนเกิดเป็นสารประกอบของแข็งชนิดใหม่ —ทองคำไฮไดรด์การค้นพบนี้ไม่เพียงแต่ท้าทายตำราเคมีเท่านั้น แต่ยังอาจเปิดบทใหม่ในการสำรวจจักรวาลและการพัฒนาวัสดุใหม่ๆ อีกด้วย

ความเฉื่อยทางเคมีของทองคำ: สัญลักษณ์แห่งความคงอยู่และความไม่เกิดปฏิกิริยา

นับตั้งแต่สมัยโบราณ ทองคำเป็นสัญลักษณ์ของความมั่งคั่งและความเป็นนิรันดร์ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะทองคำแทบไม่มีปฏิกิริยาเคมี ทองคำไม่ไวต่อออกซิเจน น้ำ และสสารส่วนใหญ่ จึงทนทานต่อการเกิดสนิมหรือการกัดกร่อน ทำให้เก็บรักษาไว้ได้นานและใช้เป็นสกุลเงินและแหล่งสะสมมูลค่า ในทางเคมี ทองคำถูกจัดเป็นโลหะที่ “เฉื่อยมาก” โดยแทบจะไม่เกิดสารประกอบกับธาตุอื่น

ท้าทายสิ่งที่เป็นไปไม่ได้: กำเนิดของไฮโดรเจนทองคำ

อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยจากห้องปฏิบัติการเร่งอนุภาคแห่งชาติ SLAC ในสหรัฐอเมริกา ได้รวมอะตอมของทองคำและไฮโดรเจนเข้าด้วยกันอย่างไม่คาดคิดในการทดลองสุดขั้ว จนได้ของแข็งที่ไม่เคยพบเห็นมาก่อน เรียกว่า “โกลด์ไฮไดรด์” การค้นพบนี้ทำลายการรับรู้ถึงความเฉื่อยของทองคำ และเผยให้เห็นพฤติกรรมทางเคมีแบบใหม่ ซึ่งอาจเกิดจากแรงกดดันและอุณหภูมิที่สูงเกินไป

การทดลองภายใต้แรงดันสูงและอุณหภูมิสูง: จากเพชรสู่วัสดุใหม่

เป้าหมายเดิมของทีมวิจัยคือการสังเกตการเปลี่ยนสภาพของไฮโดรคาร์บอนให้เป็นเพชรภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูงมาก พวกเขานำตัวอย่างไฮโดรคาร์บอนที่ฝังอยู่ในแผ่นทองคำไปวางไว้ใน “หม้อความดัน” ที่ผลิตขึ้นเองที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,900°C และความดันสูงถึงหลายล้านเท่าของความดันบรรยากาศ จากนั้นพวกเขาให้ความร้อนและสังเกตการณ์กระบวนการนี้โดยใช้เลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระเอ็กซ์เรย์ยุโรป (XFEL)

นอกจากการก่อตัวของโครงสร้างเพชรตามที่คาดไว้แล้ว ทีมวิจัยยังค้นพบโดยไม่คาดคิดว่าอะตอมไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับแผ่นทองคำ ก่อให้เกิดสัญญาณไฮไดรด์ทองคำที่เสถียร ที่น่าประหลาดใจยิ่งกว่านั้นคือ ไฮโดรเจนในสภาพแวดล้อมนี้เข้าสู่สถานะ “ซูเปอร์ไอออนิก” เคลื่อนที่ผ่านโครงตาข่ายทองคำได้อย่างอิสระ และเพิ่มสภาพนำไฟฟ้าของไฮไดรด์ทองคำอย่างมีนัยสำคัญ

กฎใหม่สำหรับเคมีภายใต้สภาวะที่รุนแรง

ที่อุณหภูมิและความดันปกติ ทองคำไฮไดรด์แทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะคงอยู่ได้อย่างเสถียร อย่างไรก็ตาม ภายใต้ความดันและอุณหภูมิที่สูงเกินไป กฎเคมีแบบเดิมดูเหมือนจะถูกเขียนขึ้นใหม่ ทำให้แม้แต่โลหะเฉื่อยนี้ก็สามารถรวมตัวกับไฮโดรเจนได้ งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าเมื่อความดันเพิ่มขึ้น โครงตาข่ายทองคำสามารถรองรับอะตอมไฮโดรเจนได้มากขึ้น ซึ่งอาจก่อให้เกิดสารประกอบที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นหรือสารประกอบที่มีคุณสมบัติเฉพาะตัว

วิธีใหม่ในการสังเกตไฮโดรเจนหนาแน่น

เนื่องจากไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีน้ำหนักเบามากและกระจายรังสีเอกซ์ได้น้อยมาก จึงเป็นการยากที่จะสังเกตโดยตรง อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของไฮไดรด์ทองคำทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถติดตามพฤติกรรมของไฮโดรเจนผ่านโครงตาข่ายทองคำได้โดยอ้อม วิธีนี้จึงเป็นวิธีการใหม่ในการศึกษาไฮโดรเจนที่มีความหนาแน่นสูงภายในดาวเคราะห์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ในดาวเคราะห์ขนาดใหญ่อย่างดาวพฤหัสบดีและดาวเสาร์ หรือในแกนกลางของดาวฤกษ์

การเปิดเผยจากห้องทดลองสู่จักรวาล

การค้นพบไฮไดรด์ทองคำไม่เพียงแต่เป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในสาขาวิทยาศาสตร์วัสดุเท่านั้น แต่ยังมีศักยภาพในการพัฒนาดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์โลกอีกด้วย การค้นพบนี้สามารถช่วยให้เราจำลองสถานะของสสารภายในดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ และยังให้เบาะแสใหม่ๆ ในการทำความเข้าใจกระบวนการฟิวชันภายในแกนกลางของดาวฤกษ์ ในอนาคต เทคโนโลยีและวิธีการจำลองนี้อาจนำไปประยุกต์ใช้กับการวิจัยพลังงานฟิวชัน ซึ่งจะช่วยส่งเสริมการพัฒนาพลังงานสะอาด

การสำรวจความเป็นไปได้ในอนาคตของเคมีใหม่

ผลการทดลองของทีม SLAC แสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะที่รุนแรง ผลกระทบของอุณหภูมิและความดันสามารถแข่งขันกับกฎเคมีแบบดั้งเดิม ก่อให้เกิดสารประกอบและเฟสแปลกใหม่ นอกเหนือจากไฮไดรด์ของทองคำแล้ว กรอบการทำงานเชิงทดลองและการจำลองนี้สามารถขยายไปยังธาตุและวัสดุอื่นๆ ได้ เปิดเส้นทางใหม่สำหรับการสำรวจเคมีที่ยังไม่เคยมีใครค้นพบมาก่อน

อ้างอิง

• นักวิทยาศาสตร์มุ่งศึกษาว่าไฮโดรคาร์บอนเปลี่ยนเป็นเพชรได้อย่างไร แต่กลับสังเคราะห์วัสดุสุดขั้วที่เรียกว่า “ทองคำไฮไดรด์” ขึ้นมาโดยไม่ได้ตั้งใจ
• นักวิจัย SLAC ตีสารประกอบทองคำที่ไม่เคยมีมาก่อนภายใต้ความร้อนและแรงดันสูง

(ที่มา: ห้องปฏิบัติการเร่งอนุภาคแห่งชาติ SLAC)

สำหรับการบด เรามีการปรับแต่งตามความต้องการในการประมวลผล เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

ยินดีต้อนรับที่จะติดต่อเรา เราจะมีคนที่จะตอบคำถามของคุณ

หากคุณต้องการใบเสนอราคาแบบกำหนดเองโปรดติดต่อเรา

เวลาทำการฝ่ายบริการลูกค้า : จันทร์ – ศุกร์ 09:00~18:00 น.

โทร : 07 223 1058

หากมีข้อสงสัยหรือคำถามที่ไม่ชัดเจนทางโทรศัพท์ โปรดอย่าลังเลที่จะส่งข้อความส่วนตัวถึงฉันทาง Facebook ~~

เฟซบุ๊ก HonWay: https://www.facebook.com/honwaygroup

คุณอาจสนใจ…