Ученые превратили чистую воду в металл – и есть видео

Чистая вода — почти идеальный изолятор.

Да, вода, встречающаяся в природе, проводит электричество, но это из-за содержащихся в ней примесей, которые растворяются в свободных ионах, которые позволяют течь электрическому току. Чистая вода становится «металлической» (то есть электропроводящей) только при чрезвычайно высоком давлении, превышающем наши нынешние возможности для производства в лаборатории.

Но, как исследователи впервые продемонстрировали еще в 2021 году, это не только высокое давление. давления, которые могут вызвать эту металличность в чистой воде.

Приводя чистую воду в контакт с щелочным металлом, имеющим общие электроны — в данном случае сплавом натрия и калия — можно добавить свободно движущиеся заряженные частицы, превращая воду в металл.

Полученная проводимость длится всего несколько секунд, но это значительный шаг на пути к пониманию этой фазы воды путем ее непосредственного изучения.

«Вы можете видеть фазовый переход в металлическую воду невооруженным глазом!» физик Роберт Зайдель из Берлинского центра материалов и энергетики имени Гельмгольца в Германии объяснил это в 2021 году, когда исследование было опубликовано.

«Серебристая капля натрия и калия покрывает себя золотым свечением, что очень впечатляет».

При достаточно высоком давлении практически любой материал теоретически может стать проводящим.

Идея состоит в том, что если вы сожмете атомы вместе достаточно плотно, орбитали внешних электронов начнут перекрываются, позволяя им передвигаться. Для воды это давление составляет около 48 мегабар – чуть менее чем в 48 миллионов раз больше атмосферного давления Земли на уровне моря.

Хотя давление, превышающее это значение, было создано в лабораторных условиях, такие эксперименты были бы непригодны для изучения металлической воды. . Поэтому группа исследователей под руководством химика-органика Павла Юнгвирта из Чешской академии наук в Чехии обратилась к щелочным металлам.

Эти вещества очень легко высвобождают свои внешние электроны, а это означает, что они могут вызывать свойства обмена электронами. чистой воды под высоким давлением без высокого давления.

Есть только одна проблема: щелочные металлы очень реакционноспособны с жидкой водой, иногда даже до взрывоопасности (ниже есть действительно классное видео).

Бросьте металл в воду, и вы получите бум.

Исследовательская группа нашла очень изящный способ решить эту проблему. Что, если вместо добавления металла в воду к металлу добавляли воду?

В вакуумной камере команда начала с выдавливания из сопла небольшой капли натриево-калиевого сплава, который является жидким. при комнатной температуре и очень осторожно добавлял тонкую пленку 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 – точно так же, как мы должны видеть в металлической чистой воде под высоким давлением.

Это было подтверждено с помощью спектроскопии оптического отражения и синхротронного X -лучевая фотоэлектронная спектроскопия.

Два свойства – золотой блеск и проводящая полоса – занимали два разных частотных диапазона, что позволило четко идентифицировать их оба.

Помимо предоставления Если мы сможем лучше понять этот фазовый переход здесь, на Земле, исследование также может позволить внимательно изучить условия экстремально высокого давления внутри больших планет.

На ледяных планетах Солнечной системы, Нептуне и Уране, например Например, считается, что жидкий металлический водород вращается. И только на Юпитере давление считается достаточно высоким, чтобы металлизировать чистую воду.

Перспектива воспроизвести условия внутри планетарного колосса нашей Солнечной системы действительно впечатляет.

>»Наше исследование не только показывает, что металлическая вода действительно может производиться на Земле, но также характеризует спектроскопические свойства, связанные с ее красивым золотистым металлическим блеском», — сказал Зайдель.

Результаты исследования были опубликованы в Природа.

Предыдущая версия этой статьи была опубликована в июле 2021 года.