Hợp chất mới của heli hé lộ bí mật phần lõi Trái đất

Ở nhiệt độ và áp suất cao, các nguyên tử heli (vòng tròn đỏ) di chuyển vào khoảng trống giữa các nguyên tử sắt (vòng tròn đỏ có tâm đen) trong một miếng kim loại sắt trên bản đồ hàm định vị electron. (Nguồn: National Central University)

Được biết đến là một trong những nguyên tố “cứng đầu” nhất của vũ trụ, heli cũng ít phản ứng nhất trong bảng tuần hoàn. Giống như các khí hiếm khác, heli không dễ dàng nhận hoặc mất electron nên thường không tạo thành hợp chất hóa học. Tuy nhiên, dưới áp suất cực cao, heli có thể tương tác với một số nguyên tố khác như nitơ, natri và sắt.

Để tạo ra hợp chất mới, nhà vật lý của Đại học Tokyo (Nhật Bản) Kei Hirose và đồng nghiệp đã nén sắt và heli lại với nhau trong một buồng đe kim cương - thiết bị áp suất cao khiến các nguyên tố này chịu áp suất lớn hơn 50.000 ATM trong nhiệt độ trên 1.000 độ C. Quá trình nén này tạo thành các tinh thể chứa cả sắt và heli, có thể tích lớn hơn thể tích của tinh thể sắt nguyên chất ở cùng áp suất.

Các nhà khoa học cho rằng, sự gia tăng này là do các ion heli tích tụ vào các điểm xen kẽ, khoảng trống nhỏ giữa các nguyên tử sắt trong tinh thể.

Tuy các nguyên tử heli lại kém phản ứng, không tạo ra liên kết hóa học trực tiếp với sắt ngay cả ở điều kiện khắc nghiệt nhưng hợp chất “đóng gói” các nguyên tử heli vào sắt tinh thể này cho thấy “manh mối” giúp giải thích các quan sát về heli trong lõi Trái đất. Theo đó, hầu hết các nguyên tử heli của Trái đất có hai neutron và hình thành từ sự phân rã phóng xạ của các nguyên tố như urani. Tuy nhiên, một số vụ phun trào núi lửa ở đại dương giải phóng các nguyên tử heli chỉ với một neutron.

Các nguyên tử này được tạo ra lần đầu tiên ngay sau vụ nổ lớn (Big Bang). Trái đất đã hấp thụ lượng heli “nguyên thủy” này khi hành tinh hình thành. Sự phát tán các nguyên tử heli từ magma cho thấy, Trái đất từng có một kho dự trữ heli nguyên thủy và hợp chất mới cho thấy phần lõi giàu sắt của Trái đất rất có thể chứa loại nguyên tố này.

Ngoài ý nghĩa quan trọng trong địa vật lý, những phát hiện này có thể ứng dụng rộng hơn trong hóa học khí hiếm. Theo nhà khoa học tại Đại học California (Mỹ) Maosheng Miao, việc hình thành các hợp chất chứa heli và kim loại khác có thể mở ra những hiểu biết về hóa học mà con người chưa từng nghĩ đến.

(theo Science News)

Quang Minh