Oamenii de știință au transformat apa pură într-un mineral – iată un videoclip: ScienceAlert

Apa pură este un izolator aproape perfect.

Da, apa care se găsește în natură conduce electricitatea, dar asta din cauza impurităților din ea, care se dizolvă în ioni liberi care permit curentului electric să circule. Apa pură devine „minerală” – conductivă electronic – numai la presiuni extrem de ridicate, peste capacitățile noastre actuale de producție în laborator.

Dar, după cum au demonstrat cercetătorii pentru prima dată în 2021, nu doar presiuni mari pot stimula acest mineral în apă pură.

Prin punerea în contact a apei pure cu un metal alcalin care împărtășește electroni – în acest caz un aliaj de sodiu și potasiu – pot fi adăugate particule încărcate care se mișcă liber, transformând apa într-un metal.

Conductivitatea rezultată durează doar câteva secunde, dar este un pas important pentru a putea înțelege această fază a apei studiind-o direct.

„Puteți vedea etapa de tranziție la apă minerală cu ochiul liber!” Fizicianul Robert Seidel de la Centrul Helmholtz Berlin pentru Materiale și Energie din Germania a explica În 2021, când a fost publicată cercetarea.

„Picătura de argint sodiu-potasiu se acoperă cu o strălucire aurie, ceea ce este foarte impresionant.”

border-frame=”0″ allow=”accelerometru; redare automată; scriere în clipboard; media criptată; giroscop; imagine în imagine; partajare web”allowfullscreen>

Sub presiuni suficient de mari, aproape orice material poate deveni teoretic conductor.

Ideea este că, dacă strângeți atomii împreună suficient de strâns, orbitalii electronilor cei mai îndepărtați vor începe să se suprapună, permițându-le să se miște. Pentru apă, această presiune este de aproximativ 48 de megabari, de puțin sub 48 de milioane de ori presiunea atmosferică a Pământului la nivelul mării.

Deși presiunile care depășesc acest lucru au fost generate într-un cadru de laborator, astfel de experimente nu ar fi potrivite pentru studiul apelor minerale. Așa că o echipă de cercetători condusă de chimistul organic Pavel Jungwirth de la Academia Cehă de Științe din Republica Cehă s-a orientat către metale alcaline.

Aceste materiale își eliberează electronii cei mai exteriori foarte ușor, ceea ce înseamnă că pot induce proprietățile de partajare a electronilor ale apei pure, de înaltă presiune, fără a fi nevoie de presiuni mari.

Există o singură problemă: metalele alcaline reacționează dramatic cu apa lichidă, uneori până la punctul de a exploda (există… Foarte tare videoclipul de mai jos).

Aruncă metalul în apă și obții kaboom.

border-frame=”0″ allow=”accelerometru; redare automată; scriere în clipboard; media criptată; giroscop; imagine în imagine; partajare web”allowfullscreen>

Echipa de cercetare a găsit o modalitate foarte bună de a rezolva această problemă. Ce se întâmplă dacă metalul ar fi adăugat apă în loc de metalul adăugat în apă?

Într-o cameră cu vid, echipa a început prin a arunca o picătură mică dintr-un aliaj de sodiu-potasiu dintr-o duză, care este un lichid la temperatura camerei, apoi a adăugat cu mare atenție un strat subțire de apă pură folosind depunerea de vapori.

La contact, electronii și cationii metalici (ioni încărcați pozitiv) s-au scurs în apa din aliaj.

Acest lucru nu numai că a dat apei un strălucire aurie, dar a făcut-o conductivă – așa cum ar trebui să vedem în apa minerală pură la presiune ridicată.

Acest lucru a fost confirmat utilizând spectroscopie de reflexie optică și spectroscopie cu raze X sincrotron.

Cele două caracteristici – luciul auriu și banda conductivă – ocupă două benzi de frecvență diferite, ceea ce a permis identificarea lor clară.

Pe lângă faptul că ne oferă o mai bună înțelegere a acestei tranziții de fază aici pe Pământ, cercetarea ar putea permite, de asemenea, un studiu mai atent al condițiilor extreme de înaltă presiune din interiorul planetelor mari.

În planetele înghețate ale sistemului solar, Neptun și Uranus, de exemplu, se crede că hidrogenul metalic lichid se învârte. Jupiter este singura planetă unde se crede că presiunile sunt suficient de mari pentru a mineraliza apa pură.

Perspectiva de a putea reproduce condițiile din interiorul unei planete gigantice din sistemul nostru solar este cu adevărat incitantă.

„Studiul nostru nu numai că arată că apa minerală poate fi într-adevăr produsă pe Pământ, dar caracterizează și proprietățile spectrale asociate cu frumosul său luciu metalic auriu.” spuse Seidel.

Cercetarea a fost publicată în natură.

O versiune anterioară a acestui articol a fost publicată în iulie 2021.