Учени „превърнаха“ чиста вода в метал (видео)

Чистата вода е почти идеален изолатор.

Да, водата в природата провежда електричество, но това се дължи на примесите в нея, които се разтварят в свободни йони, позволяващи протичането на електрически ток. Чистата вода се превръща в „метална“ – електропроводима – само при изключително високо налягане, което е отвъд сегашните ни възможности за производство в лаборатория.

Но, както изследователите демонстрираха за първи път още през 2021 година, не само високото налягане може да предизвика тази металичност в чистата вода. Чрез вкарване на чиста вода в контакт с алкален метал, споделящ електрони (в този случай сплав от натрий и калий) могат да се добавят свободно движещи се заредени частици, които да превърнат водата в „метална“.

Получената проводимост трае само няколко секунди, но това е значителна стъпка към възможността да се разбере тази фаза на водата, като се изследва директно.

„Можете да видите фазовия преход към „метална“ вода с просто око! Сребристата натриево-калиева капка се покрива със златисто сияние, което е много впечатляващо.“

обяснява физикът Робърт Зайдел от Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie в Германия през 2021 година

При достатъчно високо налягане почти всеки материал теоретично може да стане проводник.

Идеята е, че ако атомите се притиснат достатъчно плътно, орбитите на външните електрони ще започнат да се припокриват, което ще им позволи да се движат. За водата това налягане е около 48 мегабара. Това е малко под 48 милиона пъти повече от атмосферното налягане на Земята на морското равнище.

Макар, че в лабораторни условия са създавани налягания, надвишаващи това, подобни експерименти биха били неподходящи за изследване на „метална“ вода. Затова екип от изследователи, ръководен от органичния химик Павел Юнгвирт от Чешката академия на науките в Чехия се насочва към алкалните метали.

Тези вещества освобождават външните си електрони много лесно, което означава, че биха могли да предизвикат свойствата за обмен на електрони на чистата вода под високо налягане, без да е необходимо високо налягане.

Има само един проблем: алкалните метали са силно реактивни с течната вода, понякога дори до степен на експлозивност. По-долу може да видите едно наистина страхотно видео по темата.

Изследователският екип е намерил много хитър начин за решаване на този проблем. Какво ще стане, ако вместо металът да се добави към водата, водата се добави към метала?

Във вакуумна камера екипът започва с изтласкване от дюза на малка капка натриево-калиева сплав, която е течна при стайна температура. След това много внимателно добавя тънък слой чиста вода чрез отлагане на пари.

При контакта електроните и металните катиони (положително заредени йони) се вливат във водата от сплавта. Това не само придава на водата златист блясък, но и я превръща в проводник.

Това беше потвърдено с помощта на оптична спектроскопия на отражението и синхротронна рентгенова фотоелектронна спектроскопия.

Двете свойства – златният блясък и проводящата лента заемат два различни честотни диапазона, което позволява двете да бъдат ясно идентифицирани. Освен, че ни дава възможност да разберем по-добре този фазов преход тук, на Земята, изследването може да позволи и внимателно изучаване на екстремните условия на високо налягане във вътрешността на големите планети.

В ледените планети на Слънчевата система, Нептун и Уран например се смята, че се завихря течен метален водород. И само на Юпитер се смята, че налягането е достатъчно високо, за да метализира чистата вода.

Перспективата да успеем да възпроизведем условията във вътрешността на планетарния колос на нашата Слънчева система е наистина вълнуваща.

„Нашето изследване не само показва, че метална вода наистина може да се получи на Земята. Но и характеризира спектроскопските свойства, свързани с красивия ѝ златист метален блясък.“

казва Зайдел

Изследването е публикувано в Nature.