Vědci proměnili čistou vodu v minerál – zde je video: ScienceAlert

Čistá voda je téměř dokonalým izolantem.

Ano, voda nacházející se v přírodě vede elektřinu, ale to je způsobeno nečistotami v ní, které se rozpouštějí na volné ionty, které umožňují proudění elektrického proudu. Čistá voda se stává „minerální“ – elektronicky vodivou – pouze při extrémně vysokých tlacích, které přesahují naše současné laboratorní výrobní možnosti.

Ale, jak vědci poprvé prokázali v roce 2021, nejsou to jen vysoké tlaky, které mohou stimulovat tento minerál v čisté vodě.

Přivedením čisté vody do kontaktu s alkalickým kovem sdílejícím elektrony – v tomto případě slitinou sodíku a draslíku – lze přidat volně se pohybující nabité částice, které přemění vodu na kov.

Výsledná vodivost trvá jen několik sekund, ale je to důležitý krok k tomu, abychom mohli porozumět této fázi vody jejím přímým studiem.

„Přechod na minerální vodu můžete vidět pouhým okem!“ Fyzik Robert Seidel z Helmholtz Berlin Center for Materials and Energy v Německu vysvětlit V roce 2021, kdy byl výzkum zveřejněn.

„Stříbrná sodno-draselná kapka se pokrývá zlatou září, což je velmi působivé.“

border-frame=“0″ allow=“accelerometer; autoplay; zápis do schránky; šifrovaná média; gyroskop; obraz v obraze; sdílení na webu“allowfullscreen>

Při dostatečně vysokých tlacích se teoreticky může téměř jakýkoli materiál stát vodičem.

Myšlenka je taková, že pokud k sobě atomy dostatečně pevně stisknete, začnou se orbitaly nejvzdálenějších elektronů překrývat, což jim umožní pohyb. U vody je tento tlak asi 48 megabarů, což je necelých 48 milionkrát více než atmosférický tlak Země na hladině moře.

Zatímco tlaky přesahující tuto hodnotu byly generovány v laboratorním prostředí, takové experimenty by nebyly vhodné pro studium minerálních vod. Tým výzkumníků vedený organickým chemikem Pavlem Jungwirthem z Akademie věd ČR se proto obrátil na alkalické kovy.

Tyto materiály velmi snadno uvolňují své nejvzdálenější elektrony, což znamená, že mohou indukovat vlastnosti sdílení elektronů čisté, vysokotlaké vody bez potřeby vysokých tlaků.

Je tu jen jeden problém: Alkalické kovy reagují dramaticky s kapalnou vodou, někdy až k explozi (existují… Opravdu skvělé video níže).

Pusťte kov do vody a získáte kaboom.

border-frame=“0″ allow=“accelerometer; autoplay; zápis do schránky; šifrovaná média; gyroskop; obraz v obraze; sdílení na webu“allowfullscreen>

Výzkumný tým našel velmi cool způsob, jak tento problém vyřešit. Co kdyby se do kovu přidala voda místo toho, aby se kov přidával do vody?

Ve vakuové komoře tým začal vytlačením malé kapky slitiny sodíku a draslíku z trysky, která je při pokojové teplotě kapalinou, a poté velmi opatrně přidal tenkou vrstvu čisté vody pomocí napařování.

Při kontaktu proudily do vody ze slitiny elektrony a kationty kovů (kladně nabité ionty).

To nejen dodalo vodě zlatý lesk, ale také vodivost – přesně tak, jak bychom to měli vidět u čisté minerální vody při vysokém tlaku.

To bylo potvrzeno pomocí optické reflektanční spektroskopie a synchrotronové rentgenové spektroskopie.

Tyto dva prvky – zlatý lesk a vodivý pás – zaujímají dvě různá frekvenční pásma, což umožňuje jejich jasnou identifikaci.

Kromě toho, že nám umožní lépe porozumět tomuto fázovému přechodu zde na Zemi, výzkum by mohl také umožnit bližší studium podmínek extrémního vysokého tlaku uvnitř velkých planet.

V ledových planetách sluneční soustavy, Neptunu a Uranu, se například předpokládá, že kolem víří tekutý kovový vodík. Jupiter je jedinou planetou, kde se předpokládá, že tlaky jsou dostatečně vysoké na mineralizaci čisté vody.

Vyhlídka, že budeme schopni replikovat podmínky uvnitř obří planety v naší sluneční soustavě, je skutečně vzrušující.

„Naše studie nejen ukazuje, že minerální vodu lze skutečně vyrábět na Zemi, ale také charakterizuje spektrální vlastnosti spojené s jejím krásným zlatým kovovým leskem.“ řekl Seidel.

Výzkum byl publikován v Příroda.

Předchozí verze tohoto článku byla zveřejněna v červenci 2021.