Исследователи впервые создали металлическую воду в земных условиях
Ученые впервые создали металлическую воду — жидкость, которая очень хорошо проводит электричество. Ранее считалось, что этого в земных условиях сделать нельзя.
Читайте «Хайтек» в
Исследователи объяснили, что чистая вода плохо проводит электричество. Для этого в жидкости должны содержаться другие элементы — например, растворенные соли, но проводимость такого электролита все равно останется низкой. Исследователи из Чешской академии наук поставили перед собой задачу сделать воду такой же электропроводимой, как и медная проволка. Ранее считалось, что сделать это в условиях Земли невозможно. Однако ученые смогли этого достичь — металлическая вода сохраняла свои свойства в течение нескольких секунд.
Ученые разработали новый метод, который позволил им не использовать высокое давление для изготовления металлической воды. Он основан на поведении щелочных металлов в воде и жидком аммиаке. Вдохновленные работой с растворами щелочных металлов в жидком аммиаке, которые при высоких концентрациях ведут себя как металл, исследователи решили создать полосу проводимости не за счет сжатия молекул воды, а путем массивного растворения электронов, высвобожденных из щелочного металла. Однако при этом им пришлось преодолеть фундаментальное препятствие: при попадании в воду щелочные металлы немедленно взрываются.
Поэтому ученые работали в вакуумной камере, где они подвергли каплю натрий-калиевого состава воздействию небольшого количества водяного пара, который начал конденсироваться на его поверхности. Электроны, высвобожденные из щелочного металла, растворялись в слое воды на поверхности быстрее, чем происходит химическая реакция, приводящая к взрыву. Их было достаточно много, чтобы преодолеть критический предел для образования полосы проводимости, и таким образом создавался металлический водный раствор, который, помимо электронов, содержал также растворенные катионы щелочного металла и химически образованные гидроксид и водород.
«Благодаря этому нам удалось создать тонкий слой водного раствора металлического цвета, который держался несколько секунд. Этого было достаточно, чтобы мы не только увидели его своими глазами, но и измерили с помощью спектрометров», — отметили ученые.
Источник
Ученые впервые создали металлическую воду в земных условиях
Международной группе исследователей впервые удалось создать в вакуумной камере воду с металлическими свойствами. Как оказалось, она имеет золотистый оттенок.
В школьном курсе физики всем нам рассказывали о том, что обычная вода является проводником, а дистиллированная – практически идеальным диэлектриком. Это связано с тем, что атомы водорода и кислорода в ее молекуле имеют слабую связь, и электроны между ними плохо перемещаются.
Для превращения воды в хороший проводник, ее молекулы нужно сжать до такой степени, чтобы орбиты внешних электронов отдельных атомов пересекались. В земных условиях это сложно сделать, поскольку такое давление присутствует только в ядрах огромных планет, таких как Юпитер. Однако команда из 11 научно-исследовательских институтов нашла другой способ создания водного раствора с металлическими свойствами.
В лаборатории BESSY II они использовали щелочные металлы (натриево-калиевый сплав), которые легко отдают свой внешний электрон и быстро взаимодействуют с водой. Чтобы избежать слишком бурной реакции и воспламенения, вместо погружения металла в воду, группа наносила ее на капли жидкого сплава.
Эксперименты проводились в вакуумной камере, где при комнатной температуре из тонкого сопла капал натриево-калиевый сплав. Рядом была расположена трубка, через которую на жидкий металл направлялся водяной пар при давлении 10 мбар. Примерно за 10 секунд пока капля росла, пар на ней конденсировался, создавая водяную пленку, толщиной всего в несколько молекул.
При контакте с водой электроны и катионы щелочных металлов практически мгновенно растворяться в ней. Поскольку освободившиеся электроны в воде ведут себя как свободные электроны в зоне проводимости, то пленка приобретала металлические свойства. Фазовый переход в металлическую воду можно наблюдать невооруженным глазом в течение нескольких секунд: серебристая капля сплава покрывается золотистой пленкой.
Факт получения металлической воды был подтвержден с помощью нескольких спектроскопических анализов. Они показали, что частота плазмонов золотой металлической водяной пленки составляет около 2,7 эВ (находится в синем диапазоне видимого спектра), а зона проводимости имеет ширину около 1,1 эВ.
Ранее мы также сообщали о другом исследовании международной группы ученых, в ходе которого был открыт прочный как алмаз металлический проводник , что ранее считалось невозможным.
Для развития канала нам важна ваша поддержка, подписывайтесь на канал и ставьте лайки.
Источник
На Земле впервые создана металлическая вода. Она оказалась золотой
Исследователи вырастили тонкий слой металлической воды цвета золота на капле жидкого металла.
Большинству людей, хоть что-то понимающих в физике и технике, может показаться удивительным, что вода, которая может ударить током, на самом деле является изолятором.
Все дело в примесях. Вода из-под крана проводит электрический ток благодаря содержащимся в ней солям. Дистиллированная же вода имеет свойства диэлектрика, потому что молекулы воды сами по себе электрически нейтральны.
Соответственно, чтобы сделать дистиллированную воду проводником, нужно изменить ее структуру таким образом, чтобы в ней появились свободные электроны.
Этого можно добиться, сжимая воду под давлением около 48 мегабар. По сути, таким образом можно «выдавить» электроны из молекул воды. Однако такое давление ни в лабораторных, ни в производственных условиях недостижимо. Оно, к сожалению, может существовать только в ядрах очень больших планет или звезд.
Другой способ наделить воду свободными электронами – отдать ей чужие. Этим и занялась команда исследователей, работающая на установке BESSY II в Берлине.
Необычный эксперимент объединил 11 научных институтов разных стран мира. Ученые решили подарить воде электроны щелочных металлов, которые легко отдают их со внешних оболочек своих атомов.
Проблема состояла в том, как соединить воду со щелочным металлом, чтобы он поделился с ней своими электронами. Ведь в обычных условиях щелочные металлы, попадая в воду, шипят, воспламеняются и даже взрываются. Поэтому исследователи не стали погружать металл в воду, а нанесли тонкий слой воды на щелочной металл.
Внутри вакуумной камеры из сопла капал сплав натрия и калия. Поясним, что оба эти металла при комнатной температуре находятся в жидком состоянии. Затем в камеру по трубам подавался водяной пар. Он осаждался чрезвычайно тонким слоем на металлические капле.
Электроны и катионы (атомы, лишенные электронов) металлов перетекали из капель в наружный слой воды. В итоге получалась проводящая электричество вода. То есть вода из диэлектрика (плохо проводящего ток) превратилась в металл.
«И вы можете увидеть фазовый переход воды в металл невооруженным глазом! – говорит Роберт Зайдель (Robert Seidel), автор исследования. – Серебристая натриево-калиевая капля становится отчетливо золотистой, что очень впечатляет».
Полученный образец короткоживущей металлической воды ученые изучили с помощью оптической и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Анализ подтвердил, что вода стала металлом.
«Наше исследование не только показывает, что металлическая вода может быть получена на Земле, но и обладает спектроскопическими свойствами, связанными с ее прекрасным золотистым металлическим блеском», – говорит Зайдель.
Результаты любопытного исследования были опубликованы в журнале Nature.
Ранее мы писали о том, как физики согнули в дугу волокно изо льда, как ученые ННГУ создали девятислойный кремний, который в 100 раз лучше излучает свет. А еще мы рассказывали, как физики вырастили гибкие, как резина, алмазы. О, наука, спасибо тебе за всю эту «магию»!
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
Источник
Физики смогли получить «металлическую» воду
Кажется, что вода может быть металлической только в ядре Юпитера. Отнюдь. Ученые смогли заставить тонкую пленку из молекул этого вещества проводить электричество
Чистая дистиллированная вода является почти идеальным изолятором. Он состоит из молекул, которые слабо связаны друг с другом водородными связями. Валентные электроны остаются в них связанными и неподвижными. Чтобы создать полосу проводимости при наличии свободно движущихся электронов давление на воду должно быть таким, чтобы орбитали внешних электронов перекрывались. Однако расчеты показывают, что такие давления присутствуют только в ядре крупных планет, таких как Юпитер.
Но международная группа исследователей из 11 научных организаций смогла разработать эксперимент, в котором вода начинает проявлять металлические свойства в отсутствие экстремального давления. Для проведения экспериментов ученые использовали щелочные металлы, которые очень легко высвобождают свой внешний электрон.
Известно, что щелочные металлы активно реагируют с водой, превращаясь в гидроксиды и выделяя при этом водород. Чтобы избежать такой реакции при соединении с водой натрия и калия, ученые помещали небольшое количество H2O на каплю расплава смеси Na и K. Авторы ставили эксперимент в камере высокого вакуума. Она содержала тонкое сопло, из которого капал жидкий сплав Na-K. Серебряная капля этой смеси росла около 10 секунд, пока не отделилась от сопла.
Источник
Впервые ученые создали металлическую воду
Вода, по крайней мере, чистая, может выполнять функцию изолятора, однако та, что течет из крана, отлично проводит электричество из-за солей и примесей. Сделать чистую воду металлической — или проводящей — ученые пытались давно. В ходе тщательно выверенного эксперимента команде ученых со всего мира удалось вырастить тонкий слой золотистой металлической воды на внешней стороне капли жидкого металла.
Эксперимент был проведен в исследовательском комплексе BESSY II в Берлине (Германия). Ключом к успеху стало соединение воды со щелочным металлом, который легко выделяет электроны из внешней оболочки своих атомов, пишет New Atlas. Проблема же заключалась в том, что вода и щелочь плохо смешиваются — такой металл может зашипеть, воспламениться или даже взорваться, если бросить его в воду. Поэтому ученые решили инвертировать обычную смесь, покрыв щелочный металл тонким слоем воды.
Внутри вакуумной камеры на кончике сопла появилась капля сплава натрия-калия, который существует в жидком виде при комнатной температуре. Затем туда направили водяной пар, который образовал очень тонкий слой на капле металла. Электроны и катионы перешли от натрия-калия в воду. Так была создана проводящая металлическая вода.
Ученые исследовали эту недолговечную металлическую воду при помощи оптического рефлектометра и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, и получили подтверждение металлической фазе.
«Наше исследование не только показывает, что металлическая вода действительно может быть создана на Земле, но и определяет спектроскопические свойства, связанные с ее красивым золотым металлическим глянцем», — сказал Роберт Зайдель из Университета им. Гумбольдта в Берлине, один из исследователей.
Специалисты из США нашли способ постепенно изменить электронные свойства крошечных алмазных игл, чтобы они стали сначала полупроводящими, а затем и проводящими, как металл. Эти свойства можно индуцировать динамически и, по желанию, отключать без деградации материала.
Источник
