Tīrs ūdens ir gandrīz ideāls izolators. Jā, dabā sastopamais ūdens vada elektrību, bet tas ir tāpēc, ka tajā esošie piemaisījumi sadalās brīvajos jonos, kas ļauj plūst elektriskajai strāvai. Tīrs ūdens kļūst “metālisks” – vadošs – tikai ārkārtīgi augstā spiedienā, kuru pašreiz ir iespējams panākt tikai laboratorijās.
Pētniekiem pirmo reizi ir izdevies pierādīt, ka šīs tīra ūdens metāliskās īpašības parādās ne tikai augsta spiediena iedarbībā.
Tīram ūdenim saskaroties ar konkrētu sārmu metālu – šajā gadījumā nātrija un kālija sakausējumu – veidojas brīvi kustīgas uzlādētas daļiņas, padarot ūdeni metālisku.
Rezultātā iegūtā vadītspēja ilgst tikai dažas sekundes, taču tas ir nozīmīgs solis ceļā uz iespēju izprast šo interesanto ūdens stāvokli.
“Jūs varat redzēt fāzes pāreju uz metālisku ūdeni ar neapbruņotu aci!” skaidro fiziķis Roberts Seidels no Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie Vācijā. “Sudrabaini nātrija-kālija pilieni pārklāj sevi ar zeltainu mirdzumu, kas ir ļoti iespaidīgi.”
Pie pietiekami augsta spiediena gandrīz jebkurš materiāls teorētiski varētu kļūt par vadītāju. Ideja ir tāda, ka, saspiežot atomus pietiekami cieši kopā, ārējo elektronu orbitāles sāks pārklāties, ļaujot tiem pārvietoties. Ūdenim šis spiediens ir ap 48 megabariem – nedaudz mazāk par 48 miljoniem reižu Zemes atmosfēras spiediena.
Lai gan šādu spiedienu jau ir izdevies radīt laboratorijas apstākļos, šādi eksperimenti nebūtu piemēroti metāliska ūdens izpētei. Tādēļ pētnieku komanda, kuru vadīja Čehijas Zinātņu akadēmijas bioloģijas ķīmiķis Pāvels Jungvirts, pievērsās sārmu metāliem.
Šīs vielas ļoti viegli atbrīvo savus ārējos elektronus, kas nozīmē, ka tās var izraisīt ļoti augsta spiediena tīra ūdens elektronu apmaiņas īpašības bez augsta spiediena. Ir tikai viena problēma: sārmu metāli ļoti viegli reaģē ar šķidru ūdeni, dažreiz pat līdz sprādzienbīstamībai (redzams zemāk pievienotajā video). Iemetot metālu ūdenī, var rasties sprādziens.
Pētnieku komanda atrada ļoti vienkāršu veidu, kā atrisināt šo problēmu. Tā vietā, lai metālu pievienotu ūdenim, tiek darīts pretējais – metālam ūdeni uzlej.
Vakuuma kamerā tika ievietots neliels gabals nātrija-kālija sakausējuma, kas istabas temperatūrā ir šķidrs, un ļoti uzmanīgi tika pievienots pavisam nedaudz tīra ūdens.
Saskaroties, elektroni un metāla katjoni (pozitīvi lādēti joni) no sakausējuma ieplūda ūdenī.
Tas ne tikai piešķīra ūdenim zeltainu spīdumu, bet arī padarīja ūdeni vadošu – tieši tādu, kādu to vajadzētu redzēt metāliskā tīrā ūdenī pie augsta spiediena.
Tas tika apstiprināts, izmantojot optiskās atstarošanas spektroskopiju un rentgenstaru fotoelektronu spektroskopiju. Abas īpašības – zelta spīdums un vadošā josla – aizņēma divus dažādus frekvenču diapazonus, kas ļāva tos abus skaidri identificēt.
Kur to varēs izmantot?
Papildu tam, lai mēs labāk izprastu šādu fāzes pāreju, pētījums varētu arī ļaut rūpīgi izpētīt ārkārtīgi augsta spiediena apstākļus dažādu lielu planētu iekšienē.
Tiek uzskatīts, ka Saules sistēmas ledus planētās, piemēram, Neptūnā un Urānā šķidrais metāliskais ūdeņradis virpuļo. Un tiek uzskatīts, ka vienīgi uz Jupitera esošais spiediens ir pietiekami augsts, lai metalizētu tīru ūdeni.
Veicot šo pētījumu, pastāv izredzes šeit uz Zemes izveidot eksperimentālus apstākļus, kas ir uz dažādām Saules sistēmas planētām.
Pētījums ir publicēts žurnālā Nature.
- Huawei Watch Ultimate – viedpulkstenis piedzīvojumu kārotājiem un drosminiekiem
- Kuru vēršanas pusi izvēlēties ārdurvīm?
- Dīvainākās kazino spēles un likumi, kurus jūs nezinājāt
- Vienkārši un ātri: 5 funkcijas, ko var ieslēgt vai izslēgt savā Android tālrunī, lai akumulators darbotos pēc iespējas ilgāk
- Elektriskais skrejritenis: kā izvēlēties piemērotāko modeli?