Ang dalisay na tubig ay isang halos perpektong insulator.
Oo, ang tubig na matatagpuan sa kalikasan ay nagdudulot ng kuryente – ngunit iyon ay dahil sa mga dumi sa loob nito, na natutunaw sa mga libreng ion na nagbibigay-daan sa daloy ng kuryente. Ang dalisay na tubig ay nagiging “metal” lamang – electronic na conductive – sa napakataas na presyon, na lampas sa ating kasalukuyang mga kakayahan upang makagawa sa isang lab.
Ngunit, tulad ng ipinakita ng mga mananaliksik sa unang pagkakataon noong 2021, hindi lang mataas na presyon ang maaaring mag-udyok sa metallicity na ito sa purong tubig.
Sa pamamagitan ng pagdadala ng dalisay na tubig sa pakikipag-ugnay sa isang electron-sharing alkali metal – sa kasong ito, isang haluang metal ng sodium at potassium – maaaring idagdag ang mga free-moving charged na particle, na nagiging metal ang tubig.
Ang nagreresultang conductivity ay tumatagal lamang ng ilang segundo, ngunit ito ay isang makabuluhang hakbang tungo sa kakayahang maunawaan ang yugtong ito ng tubig sa pamamagitan ng direktang pag-aaral nito.
“Maaari mong makita ang phase transition sa metal na tubig sa mata!” physicist na si Robert Seidel mula sa Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie sa Germany ipinaliwanag noong 2021 nang mailathala ang pananaliksik.
“Ang kulay-pilak na patak ng sodium-potassium ay sumasaklaw sa sarili nito ng isang ginintuang glow, na lubhang kahanga-hanga.”
frameborder=”0″ allow=”accelerometer; auto-play; clipboard-magsulat; naka-encrypt na-media; dyayroskop; larawan-sa-larawan; web-share” allowfullscreen>
Sa ilalim ng sapat na mataas na presyon, halos anumang materyal ay maaaring maging kondaktibo sa teorya.
Ang ideya ay kung pipigain mo nang mahigpit ang mga atomo, ang mga orbital ng mga panlabas na electron ay magsisimulang mag-overlap, na nagpapahintulot sa kanila na lumipat sa paligid. Para sa tubig, ang presyur na ito ay humigit-kumulang 48 megabars – mas mababa sa 48 milyong beses ang presyon ng atmospera ng Earth sa antas ng dagat.
Habang ang mga pressure na lumampas dito ay nabuo sa isang setting ng laboratoryo, ang mga naturang eksperimento ay hindi angkop para sa pag-aaral ng metal na tubig. Kaya isang pangkat ng mga mananaliksik na pinamumunuan ng organic chemist na si Pavel Jungwirth ng Czech Academy of Sciences sa Czechia ay bumaling sa mga alkali metal.
Ang mga sangkap na ito ay naglalabas ng kanilang mga panlabas na electron nang napakadaling, na nangangahulugang maaari nilang mapukaw ang mga katangian ng pagbabahagi ng elektron ng mataas na presyon ng purong tubig nang walang mataas na presyon.
May isang problema lang: ang mga alkali metal ay lubos na reaktibo sa likidong tubig, kung minsan kahit na sa punto ng pagsabog (mayroong talagang cool na video sa ibaba).
Ihulog ang metal sa tubig at makakakuha ka ng isang kaboom.
frameborder=”0″ allow=”accelerometer; auto-play; clipboard-magsulat; naka-encrypt na-media; dyayroskop; larawan-sa-larawan; web-share” allowfullscreen>
Nakahanap ang pangkat ng pananaliksik ng isang napakahusay na paraan upang malutas ang problemang ito. Paano kung, sa halip na idagdag ang metal sa tubig, ang tubig ay idinagdag sa metal?
Sa isang vacuum chamber, nagsimula ang koponan sa pamamagitan ng pag-extrude mula sa isang nozzle ng isang maliit na patak ng sodium-potassium alloy, na likido sa temperatura ng kuwarto, at napakaingat na nagdagdag ng manipis na pelikula ng purong tubig gamit ang vapor deposition.
Sa pakikipag-ugnay, ang mga electron at metal cations (positively charged ions) ay dumaloy sa tubig mula sa haluang metal.
Hindi lamang ito nagbigay ng ginintuang kinang sa tubig, pinaikot nito ang tubig na conductive – tulad ng makikita natin sa metal na purong tubig sa mataas na presyon.
Nakumpirma ito gamit ang optical reflection spectroscopy at synchrotron X-ray photoelectron spectroscopy.
Ang dalawang katangian – ang ginintuang ningning at ang conductive band – ay sumakop sa dalawang magkaibang hanay ng dalas, na nagbigay-daan sa kanilang dalawa na matukoy nang malinaw.
Bilang karagdagan sa pagbibigay sa amin ng isang mas mahusay na pag-unawa sa phase transition na ito dito sa Earth, ang pananaliksik ay maaari ring payagan ang isang malapit na pag-aaral ng matinding high-pressure na mga kondisyon sa loob ng malalaking planeta.
Sa mga planeta ng yelo ng Solar System, Neptune, at Uranus, halimbawa, ang likidong metal na hydrogen ay naisip na umiikot. At ito ay Jupiter lamang kung saan ang mga presyon ay naisip na sapat na mataas upang gawing metal ang dalisay na tubig.
Ang pag-asam na magawang kopyahin ang mga kondisyon sa loob ng planetary colossus ng ating Solar System ay talagang kapana-panabik.
“Ang aming pag-aaral ay hindi lamang nagpapakita na ang metal na tubig ay talagang maaaring gawin sa Earth, ngunit din ay nagpapakilala sa mga spectroscopic na katangian na nauugnay sa kanyang magandang ginintuang metal na kinang,” Sabi ni Seidel.
Ang pananaliksik ay nai-publish sa Kalikasan.
Ang isang naunang bersyon ng artikulong ito ay nai-publish noong Hulyo 2021.
