Heliumballonnen hart lucht liefde

Het is de mensheid gelukt. Een internationaal team van wetenschappers slaagde er in om helium tijdelijk een verbinding te laten aangaan met een ander chemisch element. Wetenschappers dachten tot nu toe dat het onmogelijk was.

Helium, dat onder andere in sterren aangemaakt wordt, mag dan het op een na meest voorkomende chemische element in het universum zijn (maar niet op aarde!). Het was tegelijkertijd ook altijd de meest verstokte vrijgezel van de klas.

Alles op aarde is gebouwd uit piepkleine bouwsteentjes, atomen genaamd. En elk atoom streeft ernaar om een bepaalde hoeveelheid elektronen (nog kleinere bouwsteentjes) in zich te hebben. Maar dat kan het meestal niet alleen. Daarom werken atomen graag met elkaar samen wanneer elk van hen in verbinding staat met het aantal elektronen dat op hun verlanglijstje staat. Zo ontstaan chemische bindingen die onze wereld verder vorm geven, met onder andere beroemde voorbeelden zoals water (H2O) of zout (NaCl).

Waarom helium zich zo moeilijk laat binden

Een uitzondering op deze regel vormen de zogenaamde edelgassen (helium, neon, argon...). Zij hebben op zichzelf al voldoende elektronen en staan er absoluut niet om te springen om relaties met andere atomen aan te gaan. Volgens emeritus chemicus Abert Alberts zijn chemici sinds de jaren vijftig er in geslaagd om artificiële omstandigheden te maken waardoor die edelgassen toch met andere chemische elementen binden. Maar helium bleek tot nu toe het moeilijkste atoom te zijn.

Alberts: ‘Helium heeft wat wij chemici noemen een nog lagere polarisatie dan andere edelgassen. Het bindt nergens aan en gaat bijna door alles heen. Je ziet dat ook heel goed bij heliumballonnen. Enkele dagen nadat ze met helium zijn opgeblazen worden de ballonnen al wat kleiner en stijgen ze minder snel. Er is namelijk al wat helium door het plastic heen naar boven gevlogen.’

Na2He: Een zeer ongelukkig huwelijk

Nu wordt het tijd dat de maskers afvallen en we de rozegeur en maneschijn weglaten. Als je chemische bindingen in termen van relaties wilt bekijken, was het samengaan van helium met natrium een regelrechte nachtmerrie voor beiden. De twee elementen zijn sowieso niet geneigd om met elkaar samen te gaan, maar de omstandigheden waren zo extreem dat ze niet anders konden.

Een heel klein beetje helium (als gas) en natrium (als vaste stof) werden in een vacuüm-toestand in een cel van een schaal van dertig bij veertig micrometer* samengedrukt door twee nauwkeurig gepolijste diamanten. Toen de onderzoekers de druk opvoerden tot wel liefst 113 gigapascal (grofweg honderd miljoen keer de luchtdruk die op onze schouders ligt), bleven de twee elementen stabiel en werd de formule Na2He een feit. Ze gingen ook meteen terug uit elkaar toen de druk opgeheven werd.

Alberts is onder de indruk van hoe de onderzoekers te werk zijn gegaan. Hij schat ook dat het experiment een flinke duit gekost heeft. Gaan we dan ook iets aan deze techniek hebben? ‘Waarschijnlijk totaal niet’, zegt Alberts. ‘Maar kijken hoever je in iets kunt gaan, zonder er praktische toepassingen van te verwachten, dat moet in de wetenschap ook kunnen.’

* Een micrometer is een miljoenste van een meter ofwel 0,000 001 meter.

P.S:...

Er bestaan uitzonderingen op de regel, maar natrium (in het engels sodium) wil doorgaans juist erg graag met andere elementen reageren. Vooral met water is de liefde heel groot. Kijk hieronder hoe de vonken er in een toiletpot afvliegen.

Don’t Flush Sodium Down The Toilet

Update: Een lezer had ook een interessante vraag:

Volgens Albert Alberts moet dit dinatriumheliumide zijn. Dank!

Xiao Dong, et al.; A stable compound of helium and sodium at high pressure; Nature Chemistry