科学家将纯净水转化为金属——有视频

纯水是一种近乎完美的绝缘体。

是的,自然界中的水可以导电——但那是因为其中的杂质会溶解成自由离子,使电流流动。纯水只有在极高的压力下才会变成“金属”——电子导电,超出了我们目前在实验室中生产的能力。

但是,正如研究人员在 2021 年首次证明的那样,不仅高压可以在纯水中诱发这种金属性。

通过将纯水与电子共享的碱金属(在这种情况下是钠和钾的合金)接触,可以添加自由移动的带电粒子,使水变成金属。

由此产生的电导率仅持续几秒钟,但这是通过直接研究水来了解水的这一阶段的重要一步。

“你可以用肉眼看到金属水的相变!” 来自德国亥姆霍兹中心柏林材料与能源中心的物理学家罗伯特·塞德尔(Robert Seidel)解释在2021年该研究发表时。

“银色的钠钾液滴覆盖着金色的光芒,令人印象深刻。”

在足够高的压力下,理论上几乎任何材料都可以导电。

这个想法是,如果你把原子挤得足够紧,外层电子的轨道就会开始重叠,允许它们四处移动。对于水来说,这个压力约为48兆巴,略低于地球海平面大气压力的4800万倍。

虽然超过这个压力在实验室环境中生成,这样的实验不适合研究金属水。因此,由捷克科学院的有机化学家Pavel Jungwirth领导的一个研究小组转向了碱金属。

这些物质很容易释放它们的外部电子,这意味着它们可以在没有高压的情况下诱导高压纯水的电子共享特性。

只有一个问题:碱金属与液态水具有高度反应性,有时甚至达到爆炸性(有一个下面真的很酷的视频).

将金属放入水中,你会得到一个 kaboom。

研究小组找到了一种非常巧妙的方法来解决这个问题。如果不是将金属添加到水中,而是将水添加到金属中会怎样?

在真空室中,该团队首先从喷嘴中挤出一小团钠钾合金,该团块在室温下是液态的,然后非常小心地使用气相沉积法添加了一层纯水薄膜。

接触后,电子和金属阳离子(带正电的离子)从合金流入水中。

这不仅使水具有金色的光泽,还使水具有导电性——就像我们在高压下的金属纯水中看到的那样。

使用光学反射光谱和同步加速器X射线光电子能谱证实了这一点。

金色光泽和导电波段这两个特性占据了两个不同的频率范围,这使得它们都能被清楚地识别出来。

除了让我们更好地了解地球上的这种相变之外,这项研究还可以对大型行星内部的极端高压条件进行仔细研究。

在太阳系的冰行星中,海王星和天王星,例如,液态金属氢被认为具有漩涡作用。而且这只是木星其中的压力被认为足以使纯水金属化。

能够复制我们太阳系行星巨像内部条件的前景确实令人兴奋。

“我们的研究不仅表明金属水确实可以在地球上产生,而且还表征了与其美丽的金色金属光泽相关的光谱特性。塞德尔说.

该研究发表在自然界.

本文的早期版本发布于 2021 年 7 月。

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