Gli scienziati hanno trasformato l’acqua pura in un minerale

L’acqua pura è un isolante quasi perfetto.

Sì, l’acqua in natura conduce elettricità, ma ciò è dovuto alle impurità in essa contenute, che si dissolvono in ioni liberi che consentono il flusso della corrente elettrica. L’acqua pura diventa solo “minerale” – elettronicamente conduttiva – a pressioni estremamente elevate, oltre le nostre attuali capacità produttive di laboratorio.

Ma, come i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta, non sono solo le alte pressioni che possono indurre questi minerali nell’acqua pura.

Mettendo a contatto l’acqua pura con un metallo alcalino che condivide gli elettroni, in questo caso una lega di sodio e potassio, è possibile aggiungere particelle cariche che si muovono liberamente, trasformando l’acqua in un metallo.

La conducibilità risultante dura solo pochi secondi, ma è un passo importante per poter comprendere questa fase dell’acqua studiandola direttamente.

“Puoi vedere la transizione di fase all’acqua minerale ad occhio nudo!” Il fisico Robert Seidl ha detto: Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie in Germania. “La goccia d’argento sodio-potassio si ricopre di un bagliore dorato, il che è impressionante.”

Sotto pressioni sufficientemente elevate, praticamente qualsiasi materiale può teoricamente diventare conduttivo. L’idea è che se gli atomi vengono premuti insieme abbastanza strettamente, le orbite degli elettroni esterni inizieranno a sovrapporsi, permettendo loro di muoversi. Per l’acqua, quella pressione è di circa 48 megabar, poco meno di 48 milioni di volte la pressione atmosferica terrestre a livello del mare.

Sebbene pressioni superiori a questa siano state create in un ambiente di laboratorio, tali esperimenti non sarebbero adatti per lo studio delle acque minerali. Così un team di ricercatori guidato dal chimico organico Pavel Jungwirth dell’Accademia delle scienze ceca nella Repubblica Ceca si è rivolto ai metalli alcalini.

Questi materiali rilasciano i loro elettroni esterni molto facilmente, il che significa che possono indurre proprietà di condivisione degli elettroni in acqua pura ad alta pressione senza alte pressioni. C’è solo un problema: i metalli alcalini sono molto reattivi con l’acqua liquida, arrivando a volte al punto di esplosione (non c’è Davvero un bel video qui sotto). Lascia cadere il metallo nell’acqua e otterrai il kaboom.

Il team di ricerca ha trovato un modo molto interessante per risolvere questo problema. E se l’acqua fosse aggiunta al metallo invece di aggiungere il metallo all’acqua?

In una camera a vuoto, il team ha iniziato estrudendo un piccolo pezzo di una lega sodio-potassio da un ugello, che è liquido a temperatura ambiente, e quindi ha aggiunto con molta attenzione un sottile strato di acqua pura mediante deposizione di vapore.

Al contatto, elettroni e cationi metallici (ioni caricati positivamente) fluiscono nell’acqua dalla lega.

Questo non solo ha conferito all’acqua una lucentezza dorata, ma ha anche trasformato l’acqua, proprio come dovremmo vedere nell’acqua minerale pura ad alta pressione.

Ciò è stato confermato utilizzando la spettroscopia di riflettanza ottica e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X di sincrotrone. Le due proprietà – lucentezza dorata e banda conduttiva – occupavano due diverse bande di frequenza, il che ha permesso di identificarle chiaramente entrambe.

Oltre a darci una migliore comprensione di questa transizione di fase qui sulla Terra, la ricerca potrebbe anche consentire uno studio più approfondito delle condizioni di estrema alta pressione all’interno di grandi pianeti.

Nei pianeti ghiacciati del sistema solare, Nettuno e Urano, per esempio, si crede che l’idrogeno metallico liquido ruoti. È l’unico Giove la cui pressione si crede sia abbastanza alta da trasformare l’acqua pura in metallo.

La prospettiva di poter replicare le condizioni all’interno dei pianeti giganti del nostro sistema solare è davvero entusiasmante.

“Il nostro studio non solo mostra che l’acqua minerale può effettivamente essere prodotta sulla Terra, ma dimostra anche le proprietà spettrali associate alla sua splendida lucentezza metallica dorata”. Seidel ha detto.

La ricerca è stata pubblicata in natura.