Учени „превърнаха“ чиста вода в метал
Чистата вода е съвсем съвършен изолатор.
Да, водата в природата организира електричество, само че това се дължи на примесите в нея, които се разтварят в свободни йони, позволяващи протичането на електрически ток. Чистата вода се трансформира в „ железна “ – електропроводима – единствено при извънредно високо налягане, което е оттатък сегашните ни благоприятни условия за произвеждане в лаборатория.
Но, както откривателите демонстрираха за първи път още през 2021 година, освен високото налягане може да провокира 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 прибавят свободно движещи се заредени частици, които да трансфорат водата в „ железна “.
Получената проводимост трае единствено няколко секунди, само че това е забележителна стъпка към опцията да се разбере тази фаза на водата, като се изследва непосредствено.
„ Можете да видите фазовия преход към „ железна “ вода с просто око! Сребристата натриево-калиева капка се покрива със златисто зарево, което е доста впечатляващо. “
обяснява физикът Робърт Зайдел от Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie в Германия през 2021 година
При задоволително високо налягане съвсем всеки материал теоретично може да стане проводник.
Идеята е, че в случай че атомите се притиснат задоволително компактно, орбитите на външните електрони ще стартират да се припокриват, което ще им разреши да се движат. За водата това налягане е към 48 мегабара. Това е малко под 48 милиона пъти повече от атмосферното налягане на Земята на морското ниво.
Макар, че в лабораторни условия са създавани налягания, надвишаващи това, сходни опити биха били несъответствуващи за проучване на „ железна “ вода. Затова екип от откриватели, управителен от органичния химик Павел Юнгвирт от Чешката академия на науките в Чехия се насочва към алкалните метали.
Тези субстанции освобождават външните си електрони доста елементарно, което значи, че биха могли да провокират свойствата за продан на електрони на чистата вода под високо налягане, без да е належащо високо налягане.
Има единствено един проблем: алкалните метали са мощно реактивни с течната вода, от време на време даже до степен на експлозивност. По-долу може да видите едно в действителност ужасно видео по тематиката.
Изследователският екип е намерил доста остроумен метод за решение на този проблем. Какво ще стане, в случай че вместо металът да се добави към водата, водата се добави към метала?
Във вакуумна камера екипът стартира с изтласкване от дюза на дребна капка натриево-калиева сплав, която е течна при стайна температура. След това доста деликатно прибавя тъничък пласт чиста вода посредством отсрочване на пари.
При контакта електроните и металните катиони (положително заредени йони) се вливат във водата от сплавта. Това освен придава на водата златист искра, само че и я трансформира в проводник.
Това беше доказано благодарение на оптична спектроскопия на отражението и синхротронна рентгенова фотоелектронна спектроскопия.
Двете свойства – златният искра и проводящата лента заемат два разнообразни честотни диапазона, което разрешава двете да бъдат ясно разпознати. Освен, че ни дава опция да разберем по-добре този фазов преход тук, на Земята, проучването може да разреши и деликатно проучване на рисковите условия на високо налягане навътре в огромните планети.
В ледените планети на Слънчевата система, Нептун и Уран да вземем за пример се счита, че се завихря течен железен водород. И единствено на Юпитер се счита, че налягането е задоволително високо, с цел да метализира чистата вода.
Перспективата да успеем да възпроизведем изискванията навътре в планетарния исполин на нашата Слънчева система е в действителност вълнуваща.
„ Нашето проучване освен демонстрира, че железна вода в действителност може да се получи на Земята. Но и характеризира спектроскопските свойства, свързани с красивия ѝ златист железен искра. “
споделя Зайдел
Изследването е оповестено в Nature.
