رحاب الماس

لا يتوقف الماس أبدًا عن إثارة خيالنا وتحفيز العلماء على دراسته. حاول الفيزيائيون الذين يعملون باستخدام أشعة الليزر القوية الإجابة على سؤال كيميائي ثانوي بسيط له آثار على تكوين الكواكب البعيدة.

الماس، كما نعلم، هو شكل نقي من الكربون، وهو أصلب مادة عرفها الإنسان. ولكن من وجهة نظر كيميائية فيزيائية، فإن الشكل الأكثر ثباتًا للكربون في درجة حرارة الغرفة والضغط هو في الواقع الجرافيت - المادة السوداء لقلم الرصاص. ولذلك، لم يتم حتى الآن تقديم إجابة على السؤال البسيط: ما هي نقطة انصهار الماس؟

إذا قمنا بتسخين الألماس فإنه سيتحول بالفعل إلى كربون سائل، ولكن في الطريق سيتحول إلى الجرافيت أولاً، وبالتالي فإن المادة التي تتعرض للانصهار هي الجرافيت. لكننا نعلم جميعًا أن الماس يتشكل تحت ظروف الضغط العالي ودرجة الحرارة، وفي ظل هذه الظروف، يكون الماس، وليس الجرافيت، هو الشكل الأكثر استقرارًا. لماذا إذن لا يتحول الألماس إلى جرافيت عند ترصيعه في المجوهرات؟ الجواب الذي يسعد صناعة الماس هو أن العملية تصاغ:

_الماسC_(S) → _{الجرافيت}C_(S)

هي عملية بطيء للغاية - يجادل البعض بأن كل الماس يتحول ببطء إلى جرافيت، لذا فإن الاستثمار في الماس على المدى الطويل (جدًا) لا يستحق العناء.

ما هو الماس السائل على أي حال؟

الصحفيون الذين أبلغوا عن الاكتشاف كتبوا عن الماس السائل. هل هذا ممكن حتى؟ يبدو أن الصحفيين فاتتهم بعض دروس الكيمياء في المدرسة الثانوية. يعرف كل طالب كيمياء أن الماس هو في الواقع وصف للكربون البلوري. في البلورة الماسية، ترتبط كل ذرة كربون بأربعة جيران من خلال أربع روابط تساهمية واحدة، وكل ذرة كربون تقع في زاوية رباعي السطوح. هذا الهيكل المدمج للبلورة الذرية يعطيها صعوبة. ومن ناحية أخرى، يتكون الجرافيت من أسطح ضخمة من الكربون مرتبة في بنية سداسية، مثل خلية النحل. وبالتالي فإن ذوبان الماس سيؤدي إلى كسر الروابط التساهمية ولا يمكن اعتبار السائل الناتج ماسًا. يتجنب مؤلفو المقال الأصلي استخدام مصطلح "الماس السائل". يصفون السائل بأنه سائل معدني، وفي درجات حرارة وضغوط أعلى، كسائل ذو "بنية معقدة".

ولذلك، ولحل مسألة درجة انصهار الماس، حاول فريق بحث من مختبر لورانس ليفرمور الوطني الأمريكي، بقيادة جون إيجيرت، تسخين الماس عند درجات حرارة وضغوط عالية للغاية. لقد قاموا بتسخين ماسة صغيرة، حوالي عُشر قيراط (0.02 جرام)، باستخدام ليزر قوي عند ضغط 40 مليون ضغط جوي (ضغط جوي واحد هو الضغط السائد على الأرض عند مستوى سطح البحر) - في ظل هذه الظروف، تحول الماس إلى قطرة من السائل. لذلك بدأ العلماء في خفض الضغط ودرجة الحرارة تدريجياً. وعندما انخفض الضغط إلى 11 مليون ضغط جوي ووصلت درجة الحرارة إلى حوالي 50,000 درجة مئوية، استمر الضغط في الانخفاض ولكن توقف انخفاض درجة الحرارة - وهي السمة المميزة لمرحلة انتقالية - بدأ السائل في التجمد وبدأ الماس الصلب في التشكل.

ولكن هنا نحن في مفاجأة. معظم المواد الصلبة أكثر كثافة من سوائلها، لذلك تستقر كتلة الحديد في الحديد السائل، وتستقر كتلة الزيت الصلب في زجاجة الزيت السائل. استثناء واحد نعرفه جميعا: الماء. يطفو الجليد على سطح الماء بسبب الخاصية النادرة للماء: المادة الصلبة أقل كثافة من السائل. حسنا، الماء لديه شريك - الماس. وتطفو قطع الألماس الصغيرة التي بدأت بالتشكل على سطح قطرة "الألماس السائل"، وهو دليل على انخفاض كثافتها.

يفترض العلماء أنه في قلب الكواكب العملاقة، مثل أورانوس (أو باسمه العبري الجديد "أورون") أو نبتون ("رحاب")، قد توجد ظروف يكون فيها الماس مستقرًا بدرجة كافية. وتنتمي هذه الكواكب إلى عائلة "العملاق الغازي" (إلى جانب المشتري وزحل) لأن معظم كتلتها غازية. يحتوي الغلاف الجوي لكوكبي أورون ورحاب على مركبات هيدروكربونية (تحتوي على الكربون والهيدروجين)، وبحسب الفرضية، تسود في قلب هذه الكواكب ظروف تنهار فيها الهيدروكربونات وتتحلل إلى كربون سائل وهيدروجين. كما أن ظروف الضغط ودرجة الحرارة تتطابق مع ظروف التجربة، لذلك ليس من المستحيل أن يطفو الماس هناك على سطح سائل مثل الجبال الجليدية على سطح المحيط.

ومن أجل تأكيد هذه الفرضية، من الضروري إرسال مركبة فضائية لدراسة الكواكب (رغم أنه من الصعب افتراض أن مثل هذه المركبة الفضائية يمكن أن تصل إلى نواة الكواكب وتعيش هناك) أو بناء منشأة تصوير على الأرض - اثنان خيارات باهظة الثمن لا تبدو واقعية في المستقبل القريب.

מקורות

• ملخص المقال الأصلي في مجلة فيزياء الطبيعة
• تقرير عن النتائج في مجلة ديسكفري
• المزيد من التقرير على مدونة Centaury Dreams