الماء النقي هو عازل مثالي تقريبًا.
نعم، الماء الطبيعي يوصل الكهرباء، لكن الشوائب الموجودة فيه تذوب إلى أيونات حرة تسمح بتدفق الكهرباء. فقط الماء النقي يصبح “معدنًا” – موصلًا للكهرباء – عند ضغوط عالية جدًا، تتجاوز قدراتنا الحالية على إنتاجها في المختبر.
ولكن، كما أثبت الباحثون لأول مرة في عام 2021، ليست الضغوط العالية فقط هي التي يمكن أن تحفز هذه المعدن في الماء النقي.
من خلال ملامسة الماء النقي مع معدن قلوي يتشارك الإلكترون – وهو في هذه الحالة خليط من الصوديوم والبوتاسيوم – يمكن تحويل الماء إلى معدن، وإضافة جزيئات مشحونة حرة الحركة.
تستمر الموصلية الناتجة لبضع ثوان فقط، ولكنها خطوة مهمة نحو فهم هذه المرحلة من خلال دراستها مباشرة.
“يمكننا أن نرى تغير الطور للمياه المعدنية بالعين المجردة!” الفيزيائي روبرت سايدل من مركز هيلمهولتز-سنتروم برلين للمواد والطاقة في ألمانيا شرح ونشرت الدراسة في عام 2021.
“قطرة الصوديوم والبوتاسيوم الفضية تغطي نفسها بتوهج ذهبي، وهو أمر مثير للإعجاب للغاية.”
إطار الحدود = “0” إذن = “مقياس التسارع؛ تلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة صورة؛ ترخيص مشاركة الويب>
تحت ضغوط عالية بما فيه الكفاية، يمكن لأي مادة أن تصبح موصلة نظريًا.
إذا ضغطت الذرات بقوة كافية، فإن مدارات الإلكترونات الخارجية تبدأ في التداخل، مما يسمح لها بالتحرك. بالنسبة للمياه، يبلغ هذا الضغط حوالي 48 ميغا بار، أي أقل بـ 48 مليون مرة من الضغط الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر.
حتى لو تم توليد ضغوط أعلى من ذلك في بيئة معملية، فإن مثل هذه الاختبارات ستكون غير مناسبة لاختبار المياه المعدنية. لذلك تحول فريق من الباحثين بقيادة عالم الكيمياء العضوية بافيل جونجويرث من الأكاديمية التشيكية للعلوم في جمهورية التشيك إلى المعادن القلوية.
تطلق هذه المواد إلكتروناتها الخارجية بسهولة شديدة، مما يعني أنها يمكن أن تحفز خصائص مشاركة الإلكترون في الماء النقي عالي الضغط دون ضغط كبير.
هناك مشكلة واحدة فقط: المعادن القلوية تتفاعل بشدة مع الماء السائل، وأحيانًا تصل إلى درجة الانفجار (هناك الفيديو جميل جدا بالاسفل)
أسقط المعدن في الماء وستحصل على كابوم.
إطار الحدود = “0” إذن = “مقياس التسارع؛ تلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة صورة؛ ترخيص مشاركة الويب>
وجد فريق البحث طريقة رائعة جدًا لحل هذه المشكلة. بدلاً من إضافة المعدن إلى الماء، ماذا لو أضيف الماء إلى المعدن؟
في غرفة مفرغة، بدأ الفريق بإخراج فقاعة صغيرة من خليط الصوديوم والبوتاسيوم، وهو سائل في درجة حرارة الغرفة، من فوهة، ثم أضافوا بعناية شديدة طبقة رقيقة من الماء النقي باستخدام ترسيب البخار.
عند التلامس، تتدفق الإلكترونات والكاتيونات المعدنية (أيونات موجبة الشحنة) من الخليط إلى الماء.
لم يمنح الماء لمعانًا ذهبيًا فحسب، بل غيّر أيضًا موصلية الماء – وهو أمر يجب أن نراه في الماء المعدني النقي عند الضغط العالي.
تم تأكيد ذلك باستخدام التحليل الطيفي للانعكاس البصري والتحليل الطيفي للأشعة السينية السنكروترونية.
الخاصيتان – اللمعان الذهبي ونطاق التوصيل – تشغلان نطاقين تردديين مختلفين، مما سمح بتحديدهما بوضوح.
لن يسمح لنا البحث بفهم أفضل لهذا التحول المرحلي على الأرض فحسب، بل سيسمح لنا أيضًا بفحص ظروف الضغط العالي الشديدة داخل الكواكب الأكبر حجمًا عن كثب.
يُعتقد أن الكواكب الجليدية في النظام الشمسي، نبتون وأورانوس، على سبيل المثال، تدور حول الهيدروجين المعدني السائل. كوكب المشتري هو الكوكب الوحيد الذي يعتقد أن لديه ما يكفي من الضغط لتعدين الماء النقي.
إن احتمال تكرار الظروف داخل كوكب نظامنا الشمسي، كولوسوس، أمر مثير حقًا.
“تظهر دراستنا أنه يمكن بالفعل إنتاج المياه المعدنية على الأرض، ولكنها تميز الخصائص الطيفية المرتبطة ببريقها المعدني الذهبي الجميل.” قال سيدل.
نشرت في البحوث طبيعة.
نُشرت نسخة سابقة من هذه المقالة في يوليو 2021.
