Разгадана тайна 100-летнего химического эксперимента

Ученые, наконец, поняли, как происходит таинственный переход, стоящий за столетним химическим экспериментом — превращением ярко-синего раствора аммиака в бронзу при добавлении электронов.  

Результаты исследования опубликованы в Science, кратко о них пишет Live Science.

Подобный эксперимент был описан Гибсоном и Арго (Gibson, G. E.; Argo, W. L.) в статье «Спектры поглощения синих растворов некоторых щелочных и щелочноземельных металлов в жидком аммиаке и метиламине» (1918 год).  

В рамках нового исследования ученые превратили аммиак, который при комнатной температуре является газом, в жидкость, охладив его до минус 33°С. Затем они добавляли к нему щелочные металлы натрий, литий и калий. Результатом стала ожидаемая реакция: жидкий аммиак вытягивал электроны из металла. Эти электроны затем оказывались в ловушке между молекулами аммиака, создавая так называемые сольватированные электроны. При низких концентрациях получалась голубая неметаллическая жидкость. Однако по мере накопления сольватированных (захваченных) электронов раствор превращался в блестящую бронзу.

Следующая задача состояла в том, чтобы узнать, как ведут себя сольватированные электроны при различных концентрациях. Для этого использоволи съемку микроструи раствора шириной с человеческий волос через пучок синхротронных рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи возбуждали сольватированные электроны, заставляя их выпрыгивать из молекул аммиака, а ученые измеряли, сколько энергии требуется для этого процесса.

Оказалось, что чем больше концентрация сольватированных электронов, тем больше картина высвобождения энергии соответствует таковой у металлов. тому, что наблюдается в металле. «Металлы обычно имеют резкий переход, который называется "край Ферми", — пояснил соавтор исследования Райан Макмаллен, докторант химического факультета Университета Южной Калифорнии. — При более низких концентрациях сольватированных электронов этот график энерговыделения похож на округлый холм. Но при более высоких концентрациях электронов появляется край Ферми». 

Таким образом результаты исследования показали, что металлоподобная жидкость, созданная путем объединения щелочных металлов и аммиака, на самом деле является металлом на фундаментальном физическом уровне, добавил он.

Фото: Phil Mason