Ученые разработали уникальный подход для получения водного раствора с металлическими свойствами. Для этого они экспериментировали с щелочными металлами, которые легко высвобождают свой внешний электрон. Исследование опубликовано в журнале Nature.
Каждый ребенок знает, что вода проводит электричество. Однако это свойство относится к обычной воде, которая содержит соли. Чистая же дистиллированная вода является почти идеальным диэлектриком. Диэлектрик — материал, относительно плохо проводящий электрический ток. Чистая вода состоит из молекул H2O, которые слабо связаны друг с другом водородными связями. Валентные электроны остаются связанными и неподвижными. Чтобы создать зону проводимости со свободно движущимися электронами, вода должна была бы находиться под сильным давлением. Однако расчеты показывают, что подобное давление присутствует только в ядре больших планет (например, Юпитера). Но есть и другой вариант — использовать щелочные металлы, которые легко высвобождают внешние электроны.
Однако взаимодействие между щелочными металлами и водой может быть взрывоопасным, так как при реакции металлы начинают гореть. Но международная команда исследователей нашла способ контролировать этот процесс: они нанесли небольшое количество воды на каплю щелочного металла, сплава натрия и калия (Na-K), который является жидким при комнатной температуре. В BESSY II провели эксперимент в высоковакуумной камере для образцов SOL3PES на линии луча U49/2. Камера содержит тонкое сопло, из которого капает жидкий сплав Na-K. Металлическая капля растет около 10 секунд, пока не отделится от сопла. По мере ее роста некоторое количество водяного пара поступает в камеру для образцов и образует на поверхности капли чрезвычайно тонкую оболочку, состоящую всего из нескольких слоев молекул воды. Это приводит к тому, что электроны растворяются из щелочного сплава в воде. Высвобожденные электроны в воде ведут себя как свободные электроны в зоне проводимости.
Два решающих значения, которые свидетельствуют о металлической фазе воды, — частота плазмона и зона проводимости. Группы смогли определить эти две величины с помощью оптической спектроскопии отражения и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Плазмонная частота металлической «водной оболочки» золотистого цвета составляет около 2,7 эВ (то есть находится в синем диапазоне видимого света), полоса проводимости имеет ширину около 1,1 эВ. «Наше исследование не только показывает, что металлическая вода действительно может быть создана на Земле, но также характеризует спектроскопические свойства, связанные с ее золотистым металлическим блеском», — заключает доктор Роберт Зайдель, руководящий экспериментами на BESSY II.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
