Вода превратилась в блестящий золотой металл

Водапревратиласьвблестящийзолотойметалл

View of the gold-coloured metallic water solution.

Электроны из капли натрия и калия диффундируют в тонкий слой воды, делая его золотистым и придавая ему металлические свойства. Предоставлено: Филип Э. Мейсон

Если вы не можете повернуть воду в золото, как это сделал бы хороший алхимик, следующим лучшим решением может быть превращение самой воды в блестящий металлический материал. Исследователи добились этого, сформировав тонкий слой воды вокруг щелочных металлов, разделяющих электроны.

Вода оставалась в металлическом состоянии всего несколько секунд, но эксперимент не требовал высоких давлений, которые обычно необходимы для превращения неметаллических материалов в электропроводящие. металлов.

Соавтор Павел Юнгвирт, физик-химик из Чешской академии наук в Праге, говорит, что наблюдение за водой, приобретающей золотой блеск, было его изюминкой. карьера. Группа опубликовала свои выводы 800 июля в Природа 1 .

«Это очень важный шаг вперед», – говорит Питер Эдвардс, химик из Оксфордского университета, Великобритания. . «Кто бы мог подумать… бронза, металлическая вода?»

Металлические неметаллы

Теоретически большинство материалов могут становиться металлическими, если они подвергаются достаточному давлению. Атомы или молекулы могут быть сжаты вместе настолько плотно, что они начинают делиться своими внешними электронами, которые затем могут путешествовать и проводить электричество, как они это делают в куске меди или железа. Геофизики считают, что центры массивных планет, таких как Нептун или Уран, содержат воду в таком металлическом состоянии, и что это высокое давление

металлический водород может даже стать сверхпроводник , способный проводить электричество без какого-либо сопротивления.

Превращение воды в металл таким образом потребует ожидаемого 18 миллионы атмосфер давления, что недостижимо для современных лабораторных методов, – говорит Юнгвирт. Но он подозревал, что вода может стать проводящей альтернативным способом: заимствуя электроны у щелочных металлов. Эти реактивные элементы в группе 1 периодической таблицы, которая включает натрий и калий, имеют тенденцию отдавать свой крайний электрон. В прошлом году Юнгвирт и его коллега Фил Мейсон – химик, который также известен созданием научных видео на YouTube – возглавил команду, которая продемонстрировала аналогичный эффект в аммиаке 2 . Эдвардс отмечает, что тот факт, что аммиак может блестеть в таких условиях, был известен британскому химику Хамфри Дэви еще в начале девятнадцатого века.

Animated sequence of the metallic water solution process.

Видео эксперимента показывает, как вода на поверхности капли на несколько секунд становится блестящей и металлической. Предоставлено: Филип Э. Мейсон

Команда хотела попробовать тот же подход с водой вместо аммиака, но столкнулся с проблемой: щелочные металлы имеют тенденцию к взрывной реакции при смешивании с водой. Решение состояло в том, чтобы разработать экспериментальную установку, которая резко замедлила бы реакцию, чтобы она не была взрывоопасной. Исследователи наполнили шприц натрием и калием, жидкой при комнатной температуре смесью, и поместили ее в вакуумную камеру. Затем они использовали шприц для образования капель металлической смеси и подвергали их воздействию небольшого количества водяного пара. Вода конденсировалась на каждой капле и образовывала слой толщиной в одну десятую микрометра. Электроны из капли затем быстро диффундировали в воду вместе с положительными металлическими ионами, и в течение нескольких секунд водный слой стал золотым.

Время имеет решающее значение

Эксперименты на синхротроне в Берлине подтверждены что золотые отражения дают характерные черты металлической воды. По словам Юнгвирта, ключом к предотвращению взрыва было найти временное окно, в котором диффузия электронов происходила быстрее, чем реакция между водой и металлами. «Им удалось достичь квазистационарного состояния, в котором физика металлизации побеждает химическое разложение», – говорит Эдвардс.

«Мы совершенно не были уверены, что мы бы его нашли », – говорит Юнгвирт. «Это было потрясающе, как будто вы открываете новый элемент ».

Юнгвирт говорит, что эксперимент стал освежающим перерывом в его повседневной работе, заключающейся в проведении компьютерного моделирования в органической химии, и напоминанием о том, что наука может быть весело. «Это не то, за что вы можете получить грант, это то, чем вы можете заниматься в выходные», – говорит он. Это не первый раз, когда он сотрудничал с Мэйсоном в практическом эксперименте: в 2017, два исследователя и их коллеги раскрыли механизм, который заставляет натрий взрывается , когда он касается воды 3 – эксперимент, который они поставили на балконе в своем институте, потому что у них не было доступа к лаборатории. «Это всех разозлило, потому что там люди курили», – вспоминает он. «Мы сказали: можно ли взять балкон для взрывов?»

Leave a comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

3 × two =