Verrassing: edelgas helium kan tóch verbinden met andere stoffen

In het binnenste van sterren en gasplaneten kan helium een trucje waarvan chemici lang dachten dat het absoluut onmogelijk was. Het edelgas kan samengestelde, nieuwe deeltjes maken.

Als je het op een scheikundeproefwerk zou invullen, rekenen de meeste leraren het vermoedelijk fout. Maar de stoffen Na₂He en Na₂HeO blijken gewoon te bestaan. Dat meldt een Russisch-Amerikaans onderzoeksteam in het vakblad Nature Chemistry.

Het resultaat is verbazingwekkend omdat helium, het op één na meest voorkomende element in de kosmos, niet zo lekker samenwerkt met andere elementen. Helium is een van de zeven zogeheten edelgassen – stoffen die hun naam danken omdat ze chemische eenlingen zijn, ver verheven boven het gepeupel van de andere elementen. En van al die edelgassen is helium dan ook nog eens het meest solitair – je krijgt het normaal gesproken met geen mogelijkheid aan andere stoffen gekoppeld.

Extreme omstandigheden

Nu blijkt echter dat helium toch een rol kan spelen in de vorming van samengestelde stoffen. De onderzoekers lieten een computermodel los op de bekende eigenschappen van helium en lieten een evolutionair algoritme zoeken naar stabiele vormen. Op die manier ontdekten zij dat twee natriumatomen samen met een heliumatoom een stabiele toestand konden aangaan – Na₂He – en wisten het spul zelfs in het lab te maken. Daarvoor waren wel extreme omstandigheden nodig. Na₂He werd pas stabiel bij een druk die grofweg een miljoen maal hoger is dan de druk in de aardatmosfeer. Dergelijke druk kun je op aarde niet vinden, maar in het binnenste van sterren of gasplaneten, komen dat soort omstandigheden wel voor.

‘De stof die we ontdekten is heel gek’, zegt eerste auteur Xiao Dong, verbonden aan de Russische Skolkovo Institute of Science and Technology. ‘De heliumatomen gaan niet daadwerkelijk chemische verbindingen aan, maar hun aanwezigheid zorgt wel voor veranderingen in de chemische interacties van de natriumatomen.’ De heliumatomen zorgen ervoor dat het geheel een zoutachtig kristal van ionen vormt.

Naast Na₂He, ontdekten de onderzoekers dat ook Na₂HeO stabiel is, vanaf een druk die ongeveer tienmaal lager is dan die wat Na₂He nodig heeft.

Verrassende verschijnselen

‘Ons onderzoek laat zien dat het combineren van nieuwe theoretische modellen en geavanceerde experimenten nieuwe, verrassende verschijnselen kunnen onthullen’, zegt co-auteur Artem R. Oganov, eveneens verbonden aan de Skolkovo Institute of Science and Technology. ‘Onder extreme omstandigheden kunnen heel vreemde chemische zaken opduiken.’ De onderzoekers willen de rol die dergelijke verschijnselen kunnen spelen in het binnenste van gasplaneten daarom zo snel mogelijk nauwkeuriger onderzoeken.

Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. 

Lees verder:

• Zwarte gaten in meerdimensionaal heelal veranderen in supervloeistof
• Water arriveerde eerder op aarde dan tot nu toe gedacht
• Nederlander Bernard Feringa wint de Nobelprijs voor Scheikunde