Водата се трансформира в златист метал

 Електроните от капчици натрий и калий превръщат водата в метален материал, който провежда електричество.

Ако не можете да превърнете водата в злато, както би направил някой добър алхимик, следващото най -добро нещо, което бихте могли да направите е да превърнете самата вода в лъскав метален материал. Изследователите успели да постигнат това, като образували тънък слой вода около споделящите електрони алкални метали. 

Водата останала в метално състояние само за няколко секунди, но експериментът не изисквал високо налягане, което обикновено е необходимо, за да се превърнат неметалните материали в електропроводими метали. 

Съавторът на проучването Павел Юнгвирт, физикохимик в Чешката академия на науките в Прага, казва, че върха в кариерата му е това да види как водата придобива златист блясък. Екипът публикува своите открития на 28 юли в Nature. 


РЕКЛАМА:

***

„Това е много важен напредък“, казва Питър Едуардс, химик от университета в Оксфорд, Великобритания. „Никой не си е представял такова нещо – бронзова, метална вода!“. 

Метални неметални 

На теория повечето материали могат да станат метални, ако бъдат поставени под достатъчно високо налягане.  Атомите или молекулите могат да бъдат притиснати толкова плътно, че да започнат да споделят външните си електрони, които след това могат да провеждат електричество, както правят в парче мед или желязо.  Геофизиците смятат, че ядрата на масивни планети като Нептун или Уран съдържат вода в такова метално състояние и че метален водород с високо налягане може дори да се превърне в свръхпроводник, способен да провежда електричество без никакво съпротивление.  

Превръщането на водата в метал по този начин ще изисква, според очакванията, поне 15 милиона атмосфери налягане, което е недостъпно за съвременните лабораторни техники, казва Юнгвирт. Но той подозира, че водата може да стане метал по алтернативен начин: чрез заемане на електрони от алкални метали. Елементите от първа група на периодичната таблица, която включва натрий и калий, са склонни да отдават най-външния си електрон. Миналата година Юнгвирт и неговият колега Фил Мейсън – химик, който е известен и с правенето на научни видеоклипове в YouTube – ръководиха екип, който демонстрира подобен ефект в амоняка. Фактът, че амонякът може да стане блестящ при такива условия, е известен на британския химик Хъмфри  още в началото на деветнадесети век, посочва Едуардс. 

 

 Екипът искал да опита същия подход с вода вместо с амоняк, но се сблъскал с предизвикателство: алкалните метали са склонни да реагират експлозивно при смесване с вода.  Решението било открито – да се забави драстично реакцията, така че да не се стига да експлозия. Изследователите напълнили спринцовка с натрий и калий(смес, която е течна при стайна температура) и я поставили във вакуумна камера. След това те използвали спринцовката, за да образуват капчици от металната смес и ги излагали на малки количества водни пари. Водата кондензирала върху всяка капчица и образувала слой с дебелина една десета от микрометър.  След това електроните от капчицата бързо дифузират във водата – заедно с положителни метални йони – и в рамките на няколко секунди водният слой става златист. 

Времето е от решаващо значение

Експериментите в синхротрона в Берлин потвърдиха, че златните отблясъци произвеждат характерните черти, очаквани от металната вода. Ключът към избягването на експлозия, казва Юнгвирт, е да се намери момент, в който дифузията на електроните е по -бърза от реакцията между водата и металите. „ Те са успели да стигнат до квазистационарно състояние, така че физиката на метализацията да покаже надмощие над химическото разлагане“, казва Едуардс.

„Изобщо не бяхме сигурни, че ще стигнем до това откритие“, казва Юнгвирт. „Беше невероятно, като да откриеш нов елемент.“

Юнгвирт казва, че за него експериментът е освежаваща почивка от ежедневната му работа, която е да провежда компютърни симулации в областта на органичната химия, и напомняне, че науката може да бъде забавна. „Това не е нещо, за което един учен може да получи много пари, а по-скоро нещо, което може да правиш през уикенда“, казва той. Това не е първият път,кв който той си сътрудничи с Мейсън по практически експеримент: през 2015 г. двамата изследователи и техните колеги разкриха механизма, който кара натрия да експлодира, когато се докосне до водата- експеримент, който учените наоравили на балкона в своя институт, защото нямали достъп до лаборатория. „ Това вбеси всички ни, понеже хората ходеха там да пушат“, казва той. „Ние ги молехме да освободят балкона, защото ще имам експлозия, в следствие на експеримента“. 

Източник : Nature

Превод: Анастасия Треновска

 


Европейска нощ на учените 2022 г.: