Międzynarodowy zespół naukowców z jedenastu instytucji badawczych po raz pierwszy zastosował zupełnie inne podejście do wytworzenia wodnego roztworu o właściwościach metalicznych i udokumentował to przejście fazowe w projekcie BESSY II. W tym celu eksperymentowali z metalami alkalicznymi, które bardzo łatwo uwalniają elektrony walencyjne.
Przejście fazowe do metalicznej wody można zobaczyć gołym okiem! Srebrzysta kropla sodowo-potasowa pokrywa się złotą poświatą, co robi ogromne wrażenie.Dr Robert Seidel z Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie
Wodę można zamienić w metal – wcale nie trzeba wysokiego ciśnienia
Pod wystarczająco wysokim ciśnieniem, prawie każdy materiał mógłby teoretycznie stać się przewodnikiem. To dlatego, że jeżeli ściśniemy atomy wystarczająco mocno, orbity zewnętrznych elektronów (walencyjnych) zaczną się pokrywać, umożliwiając im ruch. W przypadku wody, ciśnienie to wynosi około 48 megabarów – ok. 48 milionów razy więcej niż ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza.
Chociaż w warunkach laboratoryjnych udało się wytworzyć ciśnienie przekraczające tę wartość, takie eksperymenty nie byłyby odpowiednie do badania metalicznej wody. Dlatego zespół badaczy pod kierownictwem chemika organicznego Pavla Jungwirtha z Czeskiej Akademii Nauk w Czechach zwrócił się w stronę metali alkalicznych.
Substancje te bardzo łatwo uwalniają swoje zewnętrzne elektrony, co oznacza, że mogłyby wywołać właściwości dzielenia się elektronami w czystej wodzie bez konieczności stosowania wysokiego ciśnienia. Jest tylko jeden problem: metale alkaliczne są bardzo reaktywne z ciekłą wodą, czasami nawet wywołując eksplozję.
Czytaj też: Woda dziwnie zachowuje się w niskich temperaturach. Z czego to wynika?
Udało się rozwiązać ten problem. A gdyby zamiast dodawać metal do wody, dodać wodę do metalu? W komorze próżniowej, zespół rozpoczął od wytłoczenia z dyszy małego kleksa stopu sodowo-potasowego, który jest płynny w temperaturze pokojowej i bardzo ostrożnie dodał cienką warstwę czystej wody za pomocą osadzania parowego. W momencie kontaktu, elektrony i kationy metalu przepłynęły do wody ze stopu. Nie tylko nadało to wodzie złoty połysk, ale sprawiło, że woda zaczęła przewodzić prąd elektryczny. Zostało to potwierdzone za pomocą optycznej spektroskopii odbiciowej i synchrotronowej spektroskopii fotoelektronowej promieniowania X.
Badania te mogą pozwolić na dokładne zbadanie ekstremalnych warunków wysokiego ciśnienia we wnętrzu dużych planet. Uważa się, że np. w lodowych planetach Układu Słonecznego – Neptunie i Uranie – wiruje ciekły metaliczny wodór. Tylko na Jowiszu ciśnienie jest na tyle wysokie, że może spowodować metalizację czystej wody. Perspektywa możliwości odtworzenia warunków panujących wewnątrz kolosa planetarnego naszego Układu Słonecznego jest – dosłownie – elektryzująca. Szczegóły można przeczytać w czasopiśmie Nature.
