Naukowcy przemienili wodę w złoty metal
Choć efekt udało się utrzymać tylko przez krótki czas, to jednak chemiczne manipulacje pozwoliły przekształcić wodę w metaliczny materiał przewodzący prąd.
Brzmi jak przepis wyjęty z księgi alchemika, ale to czysta nauka połączona z kreatywnością czeskich eksperymentatorów z Akademii Nauk Republiki Czeskiej w Pradze. Swoje osiągnięcie opublikowali pod koniec lipca w czasopiśmie „Nature”.
Teoretycznie większości materiałów można nadać własności metaliczne poddając je odpowiednio wysokiemu ciśnieniu. Mocno ściśnięte atomy, lub molekuły zaczynają wówczas dzielić ze sobą zewnętrzne elektrony, a te „wędrując” przewodzą prąd elektryczny.
Geofizycy podejrzewają, że w skrajnych warunkach, występujących w centrach masywnych planet, takich jak Neptun, albo Uran – gdzie ciśnienie wynosi kilka lub kilkanaście milionów atmosfer ziemskich – woda może być obecna w stanie metalicznym, a wodór ma szansę stać się nadprzewodnikiem, zdolnym do przewodzenia prądu bez żadnego oporu.
Oczywiście nie jesteśmy w stanie wytworzyć tak ogromnego ciśnienia w ziemskich laboratoriach, dlatego alternatywą dla stworzenia metalicznej wody przewodzącej prąd było rozwiązanie wykorzystane przez czeskich naukowców. Stworzyli oni cienką warstwę wody wokół współdzielących elektrony metali alkalicznych – sodu i potasu.
Obydwoma pierwiastkami, tworzącymi mieszaninę płynną w temperaturze pokojowej, napełniono strzykawkę. Tę umieszczono w komorze próżniowej. Krople metali wydostające się ze strzykawki wystawiono na działanie pary wodnej. Woda skondensowała się na nich otulając je warstwą grubości 0,1 mikrometra. Elektrony z sodu i potasu razem z dodatnimi jonami metali szybko zaczęły dyfundować do wody, sprawiając że w ciągu paru sekund warstwa pokryła się złotem.
Jeden z twórców eksperymentu, chemik fizyczny Pavel Jungwirth, podkreślił, że wyzwanie stanowiło odpowiednie przygotowanie doświadczenia, ze względu na wybuchowość metali alkalicznych w zetknięciu z wodą. Jedynym rozwiązaniem było drastyczne spowolnienie przebiegu reakcji i znalezienie okna czasowego, w którym dyfuzja elektronów pochodzących z sodu i potasu jest szybsza niż reakcja wody z metalami. – Należało utrzymać taki quasi-stabilny stan, gdzie fizyka metalizacji wygrywa z chemiczną dekompozycją – powiedział badacz.
Choć praca czeskich naukowców jest na razie bardziej ciekawostką, to stanowi przykład możliwości, jakie stoją przed eskperymentatorami, którzy stale poszukują nowych materiałów przewodzących prąd – w tym szczególnie pożądanych nadprzewodników – zdolnych zachować swoje właściwości jednocześnie w temperaturze pokojowej i pod naturalnym ciśnieniem. Metaliczna kropla wody pokazuje, że efekt taki nie musi być poza naszym zasięgiem.
Opracowano na podstawie artykułu w Nature.
