Ученые превратили воду в металл

Ученые смогли зафиксировать фазовый переход воды в металлическое состояние. По расчетам, это состояние было возможно в ядрах больших планет вроде Юпитера. Но международная команда исследователей смогла сделать это на Земле с помощью синхротрона.

Исследование опубликовано в Nature, коротко о нем рассказывает EurekAlert!.

Все мы знаем, что вода проводит электричество, но это справедливо для «обычной» воды, в которой растворены соли. Однако дистиллированная вода — почти идеальный изолятор. Валентные электроны в молекулах чистой воды остаются на своих орбиталях. Чтобы заставить их свободно двигаться, нужно поместить воду под очень большое давление. Правда, по расчетам, достаточное для этого давление имеется только в ядре больших планет.

Новый подход

15 ученых из 11 исследовательских институтов использовали новый подход, чтобы получить воду с металлическими свойствами. Кроме того, команда задокументировала фазовый переход в синхротроне BESSY II. Для этого ученые экспериментировали с щелочными металлами — те очень легко отдают внешний электрон.

Осторожно! Взрывоопасно

Типичная реакция между щелочными металлами и водой — взрыв. Ученые нашли выход: они не бросали кусочек щелочного металла в воду, а сделали наоборот. Они нанесли тонкий слой воды на каплю сплава натрия и калия (он жидкий при комнатной температуре).

Эксперимент в синхротроне

В BESSY II ученые провели эксперимент в вакууме при низком давлении. В камере для образцов есть тонкая трубочка, из нее капает сплав NaK. Серебристая капля растет около 10 секунд, пока не станет слишком большой и не упадет. Пока этого не произошло, в камеру поступает водяной пар. Он покрывает каплю тонким слоем толщиной в несколько молекул воды. Электроны и катионы металлов почти сразу растворяются. Эти электроны в воде ведут себя как свободные электроны в зоне проводимости.

Одежды из золотой воды

«Фазовый переход воды в металлическое состояние заметен невооруженным глазом! Серебристая натриево-калиевая капля покрывается золотистым сиянием, это очень впечатляет», — сообщает доктор Роберт Зайдель, руководитель экспериментов в BESSY II.

Золотистый слой сохраняется несколько секунд. Поэтому с помощью спектроскопического анализа удалось показать, что это действительно вода в металлическом состоянии.

Свидетельства металлической фазы

Два главных свидетельства металлической фазы — это плазменная частота и зона проводимости. Ученые определили эти величины с помощью оптической спектроскопии отражения и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

«Наше исследование показало, что металлическую воду можно создать на Земле», — говорит Зайдель.

Два в одном: открыто новое состояние воды

Физики обнаружили новую форму золота