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I ricercatori rendono l’acqua metallica – l’esperimento produce elettroni e conduttività privi di acqua – senza alta pressione

Una trasformazione miracolosa: i ricercatori hanno per la prima volta dato le proprietà minerali dell’acqua – senza alta pressione ea temperatura ambiente. Ciò è stato ottenuto con un trucco straordinario: hanno lasciato condensare il vapore acqueo su una goccia di metalli alcalini liquidi nel vuoto. La migrazione degli elettroni dal metallo conferì al sottile strato di conducibilità dell’acqua e per breve tempo l’aspetto del metallo: la goccia assunse una lucentezza dorata.

I metalli hanno una buona conduttività grazie a Elettroni esterni non posizionali Può muoversi liberamente nel reticolo atomico. Questo è diverso con l’acqua distillata: poiché gli elettroni esterni degli atomi in questione rimangono fortemente legati, l’acqua pura è un isolante quasi perfetto. Per renderlo conduttivo e quindi metallico, bisogna spremere con forza le molecole d’acqua. La pressione più alta fa sì che le orbite degli elettroni più esterni si uniscano in modo che si sovrappongano. A causa dell’aumento della densità elettronica, alcuni elettroni diventano mobili e consentono quindi il flusso di corrente.

Tuttavia, il problema: “Nel caso dell’acqua pura, la pressione richiesta per questo è stimata in 48 megabar – questo è al di là delle nostre attuali capacità sperimentali e può verificarsi solo nei nuclei dei pianeti o delle grandi stelle”, spiega Philip Mason di l’Accademia ceca delle scienze di Praga e colleghi. In effetti, ci sono alcune prove che l’idrogeno, l’elio e forse anche l’acqua All’interno di Giove Può essere metallico.

Minerali alcalini e acqua – una miscela delicata

Ma c’è un altro modo, come stanno dimostrando i ricercatori in un esperimento. Il punto di partenza per questo era l’idea che la densità elettronica nell’acqua potesse essere aumentata anche mediante il doping, iniettando elettroni aggiuntivi da un’altra sostanza. Era anche noto da esperimenti precedenti che i metalli alcalini sarebbero in linea di principio adatti come donatori di elettroni.

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Quando si tratta di mescolare metalli alcalini e acqua, c’è un intoppo critico, come la maggior parte della scuola sa: “Se lanci un pezzo di sodio nell’acqua, non ottieni acqua minerale, ma ottieni acqua minerale istantanea e violentemente esplosiva”, spiega il collega Mason Pavel Jungwirth. “Per aggirare questa reazione violenta e controproducente, abbiamo fatto tutto il contrario: abbiamo aggiunto acqua al metallo”. La quantità di acqua era così piccola che l’esplosione non si è verificata.

Queste immagini mostrano come cambia il colore della goccia di metallo alcalino dopo la precipitazione delle molecole d’acqua.© Phil Mason / IOCB Praga

La goccia diventa oro lucido

Nello specifico, l’esperimento funziona così: una piccola gocciolina di una soluzione di sodio-potassio emana da un micro-ugello in una camera di campionamento molto sottovuoto. La goccia d’argento cresce per circa dieci secondi prima di separarsi dall’ugello e cadere. Mentre la goccia si sta formando, i ricercatori iniettano vapore acqueo nella camera. Alcune molecole d’acqua si depositano sulla superficie delle goccioline e formano uno strato d’acqua che condensa a circa 80 strati molecolari al secondo.

La cosa interessante: non appena le prime molecole d’acqua si depositano sulla goccia minerale, il suo colore cambia. “La goccia d’argento sodio-potassio ha una lucentezza dorata, che è molto impressionante”, afferma il coautore Robert Seidel del Centro Helmholtz Berlin per i materiali e l’energia di Berlino. La lucentezza metallica dorata viene mantenuta per circa cinque secondi prima che il colore della goccia cambi finalmente da bronzo e viola al bianco.

Elettroni liberi nello strato d’acqua

Questo cambiamento di colore indica un cambiamento critico nel comportamento elettrochimico dello strato d’acqua. Come confermato dalle analisi spettroscopiche, l’acqua non conduttiva diventa conduttiva durante il tempo in cui si accende e assume proprietà metalliche. “Le nostre osservazioni confermano che il colore dorato e la sua lucentezza caratteristica sono indicativi della natura mineralizzata dello strato superficiale acquoso”, scrivono Mason e colleghi.

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Questo può essere misurato dalla presenza di fluttuazioni di carica, i cosiddetti plasmoni, e dal fatto che si forma una banda di conduzione larga circa 1,1 elettronvolt, hanno spiegato i ricercatori. Entrambi indicano che ora ci sono elettroni che si muovono liberamente nell’acqua. Proviene dal metallo alcalino e viene trasferito allo strato acquoso dopo l’accumulo delle molecole d’acqua. Secondo le misurazioni, la densità di questi elettroni extra durante la fase aurea è di circa cinque trilioni di elettroni per centimetro cubo.

Ecco come funziona la deviazione dell’acqua.© Thunderf00t

Metallo senza alta pressione

E così questo esperimento dimostra ciò che prima si pensava impossibile: l’acqua può essere resa minerale anche senza pressioni estreme. Nell’esperimento della goccia, questa condizione, insolita per l’acqua pura, è durata per pochi secondi, hanno riferito i ricercatori. Tuttavia, la reazione chimica dei metalli alcalini con l’acqua porta alla formazione di idrossido alcalino bianco.

“Il nostro studio non solo mostra che l’acqua minerale può essere effettivamente prodotta sulla Terra, ma dimostra anche le proprietà spettrali associate alla sua splendida lucentezza metallica dorata”, afferma Seidel. Ciò consentirà in futuro di ricercare le proprietà e il comportamento dell’acqua minerale anche senza alta pressione. (Natura, 2021; doi: 10.1038/s41586-021-03646-5)

Fonte: Helmholtz Berlin Center for Materials and Energy, Istituto di chimica organica e biochimica dell’Accademia ceca delle scienze