Химик нашел «пропавший» ксенон в земном ядре

Энтальпия образования связи с магнием в зависимости от температуры (ордината) и давления (абсцисса) для ксенона(слева) и криптона. Видно, что ксенон образует связь гораздо легче.
Изображение: Mao-sheng Miao

Химик из Калифорнийского университета Мао Шень Мяо (Mao-sheng Miao) предложил объяснение ксеноновой аномалии — необычно низкому содержанию этого благородного газа в атмосфере Земли по сравнению с космическим пространством. Исследование американского ученого выложено в виде препринта в архиве Корнельского университета, кратко его содержание пересказывает блог Technology Review.

Для объяснения аномалии ученый использовал математическое моделирование взаимодействия благородного газа с магнием, который в больших количествах содержится в земном ядре. При моделировании не вводились никакие искусственные упрощения — оно было основано только на базовых квантовых свойствах химической связи (так называемый first-principles расчет).

Ученый показал, что при температуре выше 1000 Кельвин и давлении более 100 гигапаскаль благородный газ способен становиться окислителем, то есть образовывать с магнием донорно-акцепторную химическую связь. Для другого благородного газа, криптона, необходимые давление и температура оказались существенно выше, что согласуется с его большим количеством в атмосфере.

То, что благородные газы при определенных условиях могут образовывать химические соединения, было показано еще в начале 60-х годов прошлого века. Первыми такими соединениями стали как раз соединения ксенона, его фториды. В них, однако, благородные газы отдавали фтору электроны со своих заполненных внешних оболочек, а не принимали их, как это происходит в предсказанном Мао Шень Мяо соединении.

Существование соединений ксенона с магнием в земном ядре (если оно будет экспериментально доказано), способно объяснить то, почему именно этого благородного газа в атмосфере так мало. Гелий, неон, аргон, и другие подобные газы обычно не образуют твердых соединений и уже существовали в протопланетном диске еще до формирования Земли, поэтому в метеоритах их находят примерно в том же количестве и изотопном соотношении, что и в атмосфере нашей планеты. Для ксенона это правило, однако, не выполняется. В настоящее время у этой аномалии есть несколько объяснений, однако ни одно из них не является общепризнанным.