Czysta woda jest niemal idealnym izolatorem.
Tak, woda występująca w przyrodzie przewodzi prąd, ale dzieje się tak ze względu na zawarte w niej zanieczyszczenia, które rozpuszczają się w wolne jony umożliwiające przepływ prądu elektrycznego. Czysta woda staje się „mineralna” – przewodząca elektronikę – dopiero pod ekstremalnie wysokim ciśnieniem, przekraczającym nasze obecne możliwości produkcyjne w laboratorium.
Jednak jak naukowcy po raz pierwszy wykazali w 2021 r., nie tylko wysokie ciśnienie może stymulować ten minerał w czystej wodzie.
Kontaktując czystą wodę z metalem alkalicznym dzielącym elektrony – w tym przypadku stopem sodu i potasu – można dodać swobodnie poruszające się naładowane cząstki, zamieniając wodę w metal.
Powstała przewodność trwa tylko kilka sekund, ale jest to ważny krok w kierunku zrozumienia tej fazy wody poprzez bezpośrednie jej badanie.
„Gołym okiem widać etap przejścia na wodę mineralną!” Fizyk Robert Seidel z Berlińskiego Centrum Materiałów i Energii im. Helmholtza w Niemczech wytłumaczyć W 2021 r., kiedy opublikowano badanie.
„Srebrna kropelka sodu i potasu pokrywa się złocistym blaskiem, co robi ogromne wrażenie.”
border-frame=”0″ zezwolenie=”akcelerometr; automatyczne odtwarzanie; zapis do schowka; zaszyfrowane multimedia; żyroskop; obraz w obrazie; udostępnianie sieci”allowfullscreen>
Pod wystarczająco wysokim ciśnieniem prawie każdy materiał może teoretycznie stać się przewodnikiem.
Pomysł jest taki, że jeśli wystarczająco mocno ściśniesz atomy, orbitale najbardziej zewnętrznych elektronów zaczną się na siebie nakładać, umożliwiając im ruch. W przypadku wody ciśnienie to wynosi około 48 megabarów, czyli nieco mniej niż 48 milionów razy więcej niż ziemskie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza.
Chociaż ciśnienia przekraczające to wytworzono w warunkach laboratoryjnych, takie eksperymenty nie byłyby odpowiednie do badania wód mineralnych. Dlatego zespół badaczy pod kierownictwem chemika organicznego Pavla Jungwirtha z Czeskiej Akademii Nauk w Czechach zwrócił się ku metalom alkalicznym.
Materiały te bardzo łatwo uwalniają swoje najbardziej zewnętrzne elektrony, co oznacza, że mogą indukować właściwości współdzielenia elektronów czystej wody pod wysokim ciśnieniem bez konieczności stosowania wysokiego ciśnienia.
Jest tylko jeden problem: metale alkaliczne gwałtownie reagują z ciekłą wodą, czasami aż do eksplozji (istnieją… Naprawdę fajny filmik poniżej).
Wrzuć metal do wody, a otrzymasz kaboom.
border-frame=”0″ zezwolenie=”akcelerometr; automatyczne odtwarzanie; zapis do schowka; zaszyfrowane multimedia; żyroskop; obraz w obrazie; udostępnianie sieci”allowfullscreen>
Zespół badawczy znalazł bardzo fajny sposób na rozwiązanie tego problemu. Co by było, gdyby do metalu zamiast metalu dodawać wodę, dodano wodę?
W komorze próżniowej zespół zaczął od wyrzucenia z dyszy małej kropli stopu sodowo-potasowego, który jest cieczą w temperaturze pokojowej, a następnie bardzo ostrożnie dodał cienką warstwę czystej wody za pomocą osadzania z fazy gazowej.
W wyniku kontaktu elektrony i kationy metali (jony naładowane dodatnio) przedostawały się do wody ze stopu.
To nie tylko nadało wodzie złoty połysk, ale także sprawiło, że stała się ona przewodząca – tak jak powinniśmy to widzieć w przypadku czystej wody mineralnej pod wysokim ciśnieniem.
Potwierdzono to za pomocą optycznej spektroskopii odbicia i synchrotronowej spektroskopii rentgenowskiej.
Obie cechy – złoty połysk i pasek przewodzący – zajmują dwa różne pasma częstotliwości, co pozwoliło na ich jednoznaczną identyfikację.
Oprócz lepszego zrozumienia tego przejścia fazowego na Ziemi, badania mogą również pozwolić na dokładniejsze zbadanie warunków ekstremalnie wysokiego ciśnienia wewnątrz dużych planet.
Uważa się, że na lodowych planetach Układu Słonecznego, Neptunie i Uranie, ciekły metaliczny wodór wiruje w wirze. Jowisz jest jedyną planetą, na której uważa się, że ciśnienie jest wystarczająco wysokie, aby mineralizować czystą wodę.
Perspektywa możliwości odtworzenia warunków panujących wewnątrz gigantycznej planety w naszym Układzie Słonecznym jest naprawdę ekscytująca.
„Nasze badanie nie tylko pokazuje, że woda mineralna rzeczywiście może być produkowana na Ziemi, ale także charakteryzuje właściwości spektralne związane z jej pięknym złotym, metalicznym połyskiem”. – powiedział Seidel.
Badanie zostało opublikowane w Natura.
Poprzednia wersja tego artykułu została opublikowana w lipcu 2021 r.
More Stories
Boeing może nie być w stanie obsługiwać pojazdu Starliner przed zniszczeniem stacji kosmicznej
Jak czarne dziury stały się tak duże i szybkie? Odpowiedź kryje się w ciemności
Studentka Uniwersytetu Północnej Karoliny zostanie najmłodszą kobietą, która przekroczy granice kosmosu na pokładzie Blue Origin