Vedci premenili čistú vodu na „kovovú“

Čistá voda je takmer dokonalý izolant. No voda nachádzajúca sa v prírode vedie elektrinu, spôsobujú to nečistoty v nej, ktoré sa rozpúšťajú na voľné ióny umožňujúce tok elektrického prúdu. Čistá voda sa stáva „kovovou“, teda elektricky vodivou pri extrémne vysokom tlaku, ktorý presahuje naše súčasné schopnosti vyrábať ju v laboratóriu. Ako však výskumníci prvýkrát ukázali v roku 2021, nie je to len vysoký tlak, ktorý môže vyvolať túto kovovosť v čistej vode.

Uvedením čistej vody do kontaktu s alkalickým kovom zdieľajúcim elektróny – v tomto prípade zliatinou sodíka a draslíka – možno pridať voľne sa pohybujúce nabité častice, čím sa voda zmení na kovovú. Výsledná vodivosť síce trvá len niekoľko sekúnd, ale je to významný krok k tomu, aby sme túto fázu vody mohli pochopiť priamym štúdiom.

Pri dostatočne vysokých tlakoch by sa takmer akýkoľvek materiál mohol teoreticky stať vodivým. Predpoklad je taký, že ak stlačíte atómy dostatočne pevne, orbitály vonkajších elektrónov sa začnú prekrývať, čo im umožní pohybovať sa. V prípade vody je tento tlak okolo 48 megabarov, čo je takmer 48-miliónový násobok atmosférického tlaku na Zemi pri hladine mora.

Hoci tlaky presahujúce túto hodnotu boli vytvorené v laboratórnom prostredí, takéto experimenty by boli nevhodné na štúdium kovovej vody. Tím výskumníkov vedený organickým chemikom Pavlom Jungwirthom z Českej akadémie vied sa preto obrátil na alkalické kovy. Tieto látky veľmi ľahko uvoľňujú svoje vonkajšie elektróny, čo znamená, že by mohli vyvolať vlastnosť zdieľania elektrónov vysokotlakovej čistej vody bez pôsobenia vysokých tlakov.

Je tu len jeden problém: alkalické kovy sú veľmi reaktívne s kvapalnou vodou, niekedy až do bodu explózie. Výskumný tím našiel veľmi šikovný spôsob, ako tento problém vyriešiť. Čo keby sa namiesto pridania kovu do vody pridala voda do kovu?

Vo vákuovej komore tím začal vytláčaním malej kvapky zliatiny sodíka a draslíka, ktorá je pri izbovej teplote tekutá, z dýzy a veľmi opatrne pridával tenkú vrstvu čistej vody pomocou naparovania. Pri kontakte prúdili elektróny a katióny (kladne nabité ióny) kovov zo zliatiny do vody. Voda sa stala vodivou – presne tak, ako by to bolo v kovovej čistej vode pri vysokom tlaku.

Potvrdilo sa to pomocou optickej reflexnej spektroskopie a synchrotrónovej röntgenovej fotoelektrónovej spektroskopie. Okrem toho, že nám výskum poskytne lepšie pochopenie tohto fázového prechodu tu na Zemi, mohol by takisto umožniť podrobné štúdium podmienok extrémneho vysokého tlaku vo vnútri veľkých planét. Výskum bol publikovaný v časopise Nature.

Zdroj: sciencealert.com.