Bilim İnsanları Saf Suyu Metale Dönüştürdü

Saf su neredeyse mükemmel bir yalıtkandır.

Evet, doğada bulunan su elektriği iletir - ancak bunun nedeni, elektrik akımının akmasına izin veren serbest iyonlardır. Saf su, son derece yüksek basınçlarda yalnızca "metalik" hale gelir - elektronik olarak iletkendir ve bu, bir laboratuvarda üretmeye yönelik mevcut yeteneklerimizin ötesindedir.

Ancak, araştırmacıların 2021'de ilk kez gösterdiği gibi, saf suda bu metalliği indükleyebilen sadece yüksek basınçlar değil.

Saf suyu elektron paylaşan bir alkali metal ile temas ettirerek serbest hareket eden yüklü parçacıklar eklenebilir, bu da suyu metalik hale getirir.

Ortaya çıkan iletkenlik yalnızca birkaç saniye sürer, ancak bu, suyun bu aşamasını doğrudan inceleyerek anlayabilmek için önemli bir adımdır.

 

 

Yeterince yüksek basınçlar altında, hemen hemen her malzeme teorik olarak iletken hale gelebilir.

Buradaki fikir, atomları yeterince sıkı bir şekilde sıkıştırırsanız, dış elektronların yörüngelerinin üst üste binmeye başlaması ve hareket etmelerine izin vermesidir. Su için bu basınç 48 megabar civarındadır - Dünya'nın deniz seviyesindeki atmosferik basıncının 48 milyon katı.

Bunu aşan basınçlar bir laboratuvar ortamında oluşturulmuş olsa da bu tür deneyler metalik su üzerinde çalışmak için uygun olmayacaktır. Çekya'daki Çek Bilimler Akademisi'nden organik kimyager Pavel Jungwirth liderliğindeki bir araştırma ekibi, alkali metallere yöneldi.

Bu maddeler dış elektronlarını çok kolay bir şekilde serbest bırakırlar, bu da yüksek basınçlar olmadan yüksek basınçlı saf suyun elektron paylaşım özelliklerini indükleyebilecekleri anlamına gelir.

Tek bir sorun var: alkali metaller sıvı suyla oldukça reaktiftir, hatta bazen patlama noktasına kadar gelebilir.

 

 

Araştırma ekibi bu sorunu çözmek için çok şık bir yol buldu. Ya metali suya eklemek yerine metale su eklenirse?

Ekip, bir vakum odasında, oda sıcaklığında sıvı olan küçük bir sodyum-potasyum alaşımı bloğunu ekstrüde ederek başladı ve buhar biriktirme kullanarak çok dikkatli bir şekilde ince bir saf su filmi ekledi.

Temas üzerine, elektronlar ve metal katyonlar (pozitif yüklü iyonlar) alaşımdan suya aktı.

Bu sadece suya altın rengi bir parlaklık kazandırmakla kalmadı, suyu iletken hale getirdi.

Bu, optik yansıma spektroskopisi ve senkrotron X-ışını fotoelektron spektroskopisi kullanılarak doğrulandı.

İki özellik - altın parlaklık ve iletken bant - iki farklı frekans aralığını işgal etti, bu da her ikisinin de açıkça tanımlanmasına izin verdi.

Araştırma, Dünya'daki bu faz geçişini daha iyi anlamamıza ek olarak, büyük gezegenlerdeki aşırı yüksek basınç koşullarının yakından incelenmesine de olanak sağlayabilir.

Örneğin Güneş Sistemi'nin buz gezegenleri Neptün ve Uranüs'te sıvı metalik hidrojenin girdap oluşturduğu düşünülüyor. Ve Jüpiter'de, basınçların saf suyu metalize edecek kadar yüksek olduğu düşünülüyor.

Araştırma Nature'da yayınlandı.