Cudowna przemiana: Naukowcy po raz pierwszy podali mineralne właściwości wody – bez wysokiego ciśnienia iw temperaturze pokojowej. Udało się to osiągnąć dzięki niezwykłej sztuczce: pozwalają one na kondensację pary wodnej na kropli ciekłych metali alkalicznych w próżni. Migracja elektronów z metalu dała cienką warstwę przewodności wody i wygląd metalu na krótki czas: kropla nabrała złotego połysku.

Metale mają dobrą przewodność dzięki Niepozycyjne elektrony zewnętrzne Może swobodnie poruszać się w sieci atomowej. Inaczej jest w przypadku wody destylowanej: ponieważ zewnętrzne elektrony atomów pozostają silnie związane, czysta woda jest prawie doskonałym izolatorem. Aby była przewodząca, a więc metaliczna, należy mocno ścisnąć cząsteczki wody. Wyższe ciśnienie powoduje, że orbity skrajnych elektronów schodzą się razem, tak że nakładają się na siebie. Ze względu na wzrost gęstości elektronowej, niektóre elektrony stają się ruchome, a tym samym umożliwiają przepływ prądu.

Jednak problem: „W przypadku czystej wody wymagane do tego ciśnienie szacuje się na 48 megabarów – przekracza to nasze obecne możliwości eksperymentalne i może wystąpić tylko w jądrach planet lub dużych gwiazd” – wyjaśnia Philip Mason z Czeska Akademia Nauk w Pradze i współpracownicy. W rzeczywistości istnieją dowody na to, że wodór, hel i prawdopodobnie również woda water Wewnątrz Jowisza Może być metaliczny.

Minerały alkaliczne i woda – delikatna mieszanka

Ale jest inny sposób, co naukowcy demonstrują teraz w eksperymencie. Punktem wyjścia do tego był pomysł, że gęstość elektronów w wodzie można również zwiększyć poprzez domieszkowanie – poprzez wstrzykiwanie dodatkowych elektronów z innej substancji. Z poprzednich eksperymentów wiadomo było również, że metale alkaliczne będą w zasadzie odpowiednie jako donory elektronów.

Jeśli chodzi o mieszanie metali alkalicznych i wody, istnieje krytyczny problem – jak wie większość szkół: „Jeśli wrzucisz do wody kostkę sodu, nie dostaniesz wody mineralnej, ale natychmiast otrzymasz gwałtownie wybuchową wodę mineralną”. wyjaśnia kolega Mason Pavel Jungwirth. „Aby obejść tę gwałtowną i kontrproduktywną reakcję, zrobiliśmy to na odwrót: dodaliśmy wodę do metalu”. Ilość wody była tak mała, że ​​nie doszło do wybuchu.

Kropla staje się lśniącym złotem

W szczególności eksperyment działa w następujący sposób: mała kropla roztworu sodowo-potasowego emanuje z mikrodyszy w silnie podciśnieniowej komorze próbki. Srebrna kropla rośnie przez około dziesięć sekund, zanim oddzieli się od dyszy i odpadnie. W miarę formowania się kropli naukowcy wstrzykują do komory parę wodną. Niektóre cząsteczki wody osadzają się na powierzchni kropelek i tworzą warstwę wody, która kondensuje z prędkością około 80 warstw molekularnych na sekundę.

Co ciekawe: gdy tylko pierwsze cząsteczki wody osadzają się na kropli minerału, zmienia się jej kolor. „Srebrna kropla sodowo-potasowa ma złoty połysk, co jest bardzo imponujące” – mówi współautor Robert Seidel z Helmholtz Berlin Center for Materials and Energy w Berlinie. Metaliczny złoty połysk utrzymuje się przez około pięć sekund, zanim ostatecznie kolor kropli zmieni się z brązowego i fioletowego na biały.

Swobodne elektrony w warstwie wody

Ta zmiana koloru wskazuje na krytyczną zmianę zachowania elektrochemicznego warstwy wody. Jak potwierdzają analizy spektroskopowe, nieprzewodząca woda staje się przewodząca w czasie, gdy się zapala – i nabiera właściwości metalicznych. „Nasze obserwacje potwierdzają, że złoty kolor i jego charakterystyczny połysk wskazują na zmineralizowaną naturę wodnej warstwy powierzchniowej” – piszą Mason i współpracownicy.

Można to zmierzyć obecnością fluktuacji ładunku, tak zwanych plazmonów, oraz faktem, że powstaje pasmo przewodnictwa o szerokości około 1,1 elektronwolta – wyjaśniają naukowcy. Oba wskazują, że w wodzie znajdują się teraz swobodnie poruszające się elektrony. Pochodzi z metalu alkalicznego i jest przenoszony do warstwy wodnej po akumulacji cząsteczek wody. Według pomiarów gęstość tych dodatkowych elektronów podczas fazy złotej wynosi około pięciu bilionów elektronów na centymetr sześcienny.

Tak działa przekierowanie wody.© Thunderf00t

Metal bez wysokiego ciśnienia

I tak ten eksperyment udowadnia to, co wcześniej uważano za niemożliwe: wodę można uczynić mineralną nawet bez ekstremalnego ciśnienia. W eksperymencie z upuszczaniem ten stan, nietypowy dla czystej wody, trwał kilka sekund, jak podają naukowcy. Jednak reakcja chemiczna metali alkalicznych z wodą prowadzi do powstania białego wodorotlenku alkalicznego.

„Nasze badanie nie tylko pokazuje, że woda mineralna może być faktycznie wytwarzana na Ziemi, ale także pokazuje właściwości spektralne związane z jej pięknym złotym metalicznym połyskiem” – mówi Seidel. Umożliwi to w przyszłości badanie właściwości i zachowania wody mineralnej nawet bez wysokiego ciśnienia. (Natura, 2021; doi: 10.1038/s41586-021-03646-5)

Źródło: Centrum Materiałów i Energii im. Helmholtza w Berlinie, Instytut Chemii Organicznej i Biochemii Czeskiej Akademii Nauk

30 lipca 2021

– Nadia Podebrigar