Ученые превратили чистую воду в металл, и есть кадры
Чистая вода является почти идеальным изолятором.
Да, вода в природе проводит электричество, но это из-за содержащихся в ней примесей, которые растворяются в свободные ионы, позволяющие течь электрическому току. Чистая вода становится «металлической» — электропроводной — только при чрезвычайно высоких давлениях, превышающих наши нынешние возможности для производства в лаборатории.
Но, как впервые продемонстрировали исследователи еще в 2021 году, это не только высокое давление. давление, которое может индуцировать эту металличность в чистой воде.
Приведя чистую воду в контакт с щелочным металлом с общими электронами — в данном случае сплавом натрия и калия — можно добавить свободно движущиеся заряженные частицы, превращение воды в металл.
Полученная в результате проводимость длится всего несколько секунд, но это важный шаг к тому, чтобы понять эту фазу воды путем ее непосредственного изучения.
«Вы можете видеть фазовый переход в металлическую воду невооруженным глазом!» Физик Роберт Зайдель из Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie в Германии объяснил в прошлом году, когда статья была опубликована.
«Серебристая натриево-калиевая капля покрывается золотым сиянием, что очень впечатляет».
При достаточно высоком давлении практически любой материал теоретически может стать проводящим.
Идея состоит в том, что если достаточно сильно сжать атомы, орбитали внешних электронов начнут смещаться. перекрываются, позволяя им двигаться. Для воды это давление составляет около 48 мегабар, что чуть меньше 48 миллионов земного атмосферного давления на уровне моря.
Давление, превышающее это, было создано в лабораторных условиях, такие эксперименты не подходят для изучения металлической воды. . Поэтому группа исследователей во главе с химиком-органиком Павлом Юнгвиртом из Чешской академии наук в Чехии обратилась к щелочным металлам.
Эти вещества очень легко высвобождают свои внешние электроны, что означает, что они могут индуцировать свойства совместного использования электронов. чистой воды под высоким давлением без высокого давления.
Есть только одна проблема: щелочные металлы очень реагируют с жидкой водой, иногда даже до взрыва (ниже есть действительно классное видео).
Бросьте металл в воду, и вы получите взрыв.
Исследовательская группа нашла очень изящный способ решить эту проблему. Что, если вместо того, чтобы добавлять металл в воду, вода будет добавлена к металлу?
В вакуумной камере команда начала с выдавливания из сопла небольшого шарика натрий-калиевого сплава, который является жидким. при комнатной температуре и очень осторожно добавили тонкий слой чистой воды методом осаждения из паровой фазы.
При контакте электроны и катионы металлов (положительно заряженные ионы) перетекали в воду из сплава.
Это не только придало воде золотистый блеск, но и сделало воду проводящей, как мы должны видеть в металлической чистой воде под высоким давлением.
Это было подтверждено с помощью спектроскопии оптического отражения и синхротрона X. -лучевая фотоэлектронная спектроскопия.
Два свойства – золотой блеск и проводящая полоса – занимали два разных частотных диапазона, что позволяло четко идентифицировать их оба.
Помимо того, что нам лучше понять этот фазовый переход здесь, на Земле, исследование может также позволить внимательно изучить экстремально высокие обеспечить условия внутри больших планет.
На ледяных планетах Солнечной системы, Нептуне и Уране, например, считается, что жидкий металлический водород вращается. И считается, что только на Юпитере давление достаточно велико, чтобы металлизировать чистую воду.
Перспектива воспроизвести условия внутри планетарного колосса Солнечной системы действительно захватывающая.
«Наше исследование не только показывает, что металлическую воду действительно можно производить на Земле, но также характеризует спектроскопические свойства, связанные с ее прекрасным золотым металлическим блеском», — сказал Зайдель.
Исследование опубликовано в Природа.
Версия этой статьи была впервые опубликована в июле 2021 года.
