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SCOPERTA/ Le sorprese dell’ossigeno supercompresso

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Un gruppo di ricercatori dell’Università di Bochum, dell’University College di Londra e dell’Università di Cambridge ha compiuto una serie di simulazioni sul comportamento dell’ossigeno tra 1 e 9 TeraPascal (1 TPa=1000 GPa=9,8 milioni di atmosfere); si noti che 7 TPa è la pressione stimata al centro di Giove. Il risultato strabiliante è che, anche a queste pressioni, l’ossigeno, che intorno a 100 GPa aveva già struttura metallica, riprende una struttura molecolare.

L’applicazione della quantomeccanica ha permesso di calcolare le proprietà degli atomi e delle molecole in maniera abbastanza completa. I fondamenti teorici risalgono ormai a molti decenni, ma la complessità dei calcoli necessari a una descrizione sufficientemente accurata delle proprietà delle sostanze chimiche è sempre stata proibitiva. Lo sviluppo dei computer degli ultimi decenni ha fatto fare un grande balzo alla possibilità di simulare le proprietà chimiche e fisiche. Il grande vantaggio di un calcolo di questo tipo, oltre alla possibilità di avere accesso a situazioni difficilmente accessibili all’esperimento, è quello di avere un’informazione più completa. Nel caso in esame una sola simulazione è in grado di dare informazioni sulla struttura geometrica, su quella elettronica e sulle energie in gioco; mentre un singolo esperimento avrebbe dato al massimo solo una di queste informazioni e sarebbero stati necessari apparati sperimentali molto diversi, e sperimentatori esperti in campi molto diversi, per avere una visione così vasta.

 

 

Figura 1. Diagramma di stato dell’ossigeno. Notare le numerose fasi, a seconda della temperatura e della pressione. Ad alta pressione è possibile avere ossigeno solido anche a temperatura ambiente (~300 K) mentre a pressione atmosferica è solido solo sotto i 54,8 K [-218.3 °C]. La fase ? (grigio) presenta carattere metallico la trasformazione avviene a 96 GPa.

 

Figura 2. Struttura geometrica e di legame dell’ossigeno a 1,9 TPa (in alto), 3,5 Tpa (in mezzo) e 9,1 TPa (in basso). Il grafico indica la posizione degli atomi e come questi sono legati tra loro.



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