Oamenii de știință au transformat apa pură în apă metalică
Apa pură este un izolator aproape perfect.
Deși apa din natură conduce electricitatea, aceasta este ca urmare a impurităților din ea care se dizolvă în ioni liberi ce permit trecerea unui curent electric.
Apa pură devine „metalică”, adică conductivă electronic la presiuni extrem de mari, dincolo de capacitățile noastre actuale de realizare în laborator.
Cu toate acestea, cercetătorii au demonstrat recent, pentru prima dată, că nu numai presiunile ridicate pot induce această metalicitate în apa pură.
Prin aducerea apei pure în contact cu un metal alcalin, în acest caz un aliaj de sodiu și potasiu, se pot adăuga particule încărcate electric în mișcare liberă, transformând apa pură în apă metalică.
Conductivitatea rezultată durează doar câteva secunde, dar este un pas semnificativ pentru a înțelege această fază a apei studiind-o direct.
„Puteți vedea tranziția de fază la apa metalică cu ochiul liber! Picătura argintie sodiu-potasiu capătă o strălucire aurie, ceea ce este foarte impresionant” a spus fizicianul Robert Seidel de la Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie din Germania.
Supus la o presiune suficient de mare, aproape orice material ar putea deveni, teoretic, conductiv.
Ideea este că dacă apropiem atomii suficient de mult, atunci orbitalii electronilor externi încep să se suprapună, ceea ce le-ar permite electronilor să se deplaseze prin apă. În cazul apei această presiune este de aproximativ 48 megabari, puțin sub 48 de milioane de ori presiunea atmosferică a Pământului la nivelul mării.
Chiar dacă presiuni mai mari au fost generate în experimente efectuate în laborator, acestea nu ar fi potrivite pentru studierea apei metalice. Așadar, o echipă de cercetători condusă de chimistul Pavel Jungwirth de la Academia Cehă de Științe din Cehia s-a orientat spre metalele alcaline.
Aceste metale îşi pierd foarte ușor electronii externi, ceea ce înseamnă că ar putea induce proprietățile de partajare a electronilor, specifice apei pure puternic presurizate, fără utilizarea unor presiuni ridicate.
Există o singură problemă: metalele alcaline sunt foarte reactive cu apa lichidă, uneori chiar și până la punctul de explozie (mai jos puteţi vedea un videoclip foarte interesant).
Cercetătorii au găsit o modalitate foarte inteligentă de a rezolva această problemă. Ce se întâmplă dacă în loc să adăugam metalul în apă s-ar adăuga apa la metal?
Într-o cameră de vid, cercetătorii au extrudat printr-o duză o picătură de mici dimensiuni de aliaj de sodiu-potasiu, care este lichid la temperatura camerei, la care au adăugat foarte atent o peliculă subțire de apă pură folosind depunerea de vapori.
La contact, electronii și cationii metalici (ioni încărcați electric pozitiv) au trecut în apă din aliaj. Acest lucru a conferit apei o strălucire aurie şi a transformat apa în conductoare, la fel cum ar trebui să vedem în apa pură metalică la o presiune ridicată.
Acest lucru a fost confirmat folosind spectroscopia optică de reflexie și spectroscopia fotoelectronică cu raze X. Cele două proprietăți, strălucirea aurie și banda conductivă, au ocupat două game de frecvențe diferite, ceea ce le-a permis cercetătorilor identificarea clară a acestora.
Pe lângă faptul că ne oferă o mai bună înțelegere a acestei tranziții de fază aici pe Pământ, cercetarea ar putea permite și un studiu atent al condițiilor extreme, de înaltă presiune, din interiorul planetelor mari.
În planetele de gheață ale Sistemului Solar, Neptun și Uranus, se crede că hidrogenul metalic lichid se învârte şi că doar în cazul lui Jupiter presiunile sunt suficient de mari pentru a metaliza apa pură.
Perspectiva de a putea reproduce condițiile din interiorul acestui colos planetar al Sistemului Solar este într-adevăr interesantă.
„Studiul nostru arată că apa metalică poate fi într-adevăr produsă pe Pământ şi că aceasta prezintă proprietățile spectroscopice asociate cu frumosul său luciu auriu metalic”, a spus Seidel.
Credit: Philip E. Mason
Cercetarea a fost publicată în Nature.
Traducere după Scientists Have Transformed Pure Water Into a Metal