فناوری

دانشمندان برای اولین بار آب خالص را به فلزی براق و درخشان تبدیل کردند [تماشا کنید]

همکاری اخیر فیزیکدانان و شیمی‌دانان اروپایی به ایجاد حالت فلزی در آب برای اولین‌بار در آزمایشگاه به کمک استفاده از آلیاژ فلزهای قلیایی منتهی شده است که می‌تواند دید بهتری از حالت‌های مختلف آب را در زمین و سایر سایره‌های منظومه شمسی فراهم کند.

آب در حالت خالص خود نارسانا است اما به طور معمول به دلیل وجود ناخالصی در آن، می‌تواند خاصیت هدایت الکتریکی از خود نشان دهد. اما اکنون دانشمندان موفق شده‌اند خاصیت رسانایی مانند آنچه در فلزات دیده می‌شود را نیز در آب خالص ایجاد کنند.

آب موجود در طبیعت به دلیل داشتن یون‌های آزاد درون خود می‌تواند جریان الکتریکی را عبور دهد. البته می‌توان با اعمال فشار بسیار به آب، آن را به ماده‌ای رسانا تبدیل کرد؛ اما تولید چنین فشاری در آزمایشگاه‌های فعلی امکان‌پذیر نیست. پس چگونه می‌توان بدون افزایش فشار، خاصیت رسانایی آب را به فلزات نزدیک کرد؟

روبرت سیدل، فیزیکدانی از مرکز تحقیقات مواد و انرژی هملهولتز برلین، برای اولین بار به صورت بصری نشان داده است که علاوه بر اعمال فشار بسیار زیاد، می‌توان از تماس با فلزهای قلیایی به اشتراک گذارنده الکترون هم برای ایجاد خاصیت رسانایی الکتریکی در آب خالص استفاده کرد که از جمله آن‌ها می‌توان به سدیم و پتاسیم اشاره نمود. یون‌های آزاد شده از فلز می‌توانند هدایت‌گر جریان درون آب باشند؛ اگرچه خاصیت آبِ فلزی تنها برای چند ثانیه بیشتر دوام نمی‌آورد. در ویدیوی پایین می‌توانید تبدیل سریع آب به حالت فلزی را بدون چشم مسلح مشاهده کنید که در آن قطره‌ای متشکل از سدیم و پتاسیم با تلألو طلایی دیده می‌شود.

در فشار زیاد، تقریباً هر ماده‌ای می‌تواند به رسانا تبدیل شود؛ زیرا با متراکم شدن اتم‌ها، مدارهای الکترونی لایه‌های خارجی با یکدیگر همپوشانی پیدا می‌کنند و امکان حرکت آن‌ها ایجاد می‌شود. چنین فشاری برای تبدیل آب به رسانا حدود ۴۸ مگابار است که ۴۸ میلیون برابر بیشتر از فشار اتمسفر زمین در سطح دریا خواهد بود. 

عدم امکان ایجاد چنین فشاری در شرایط معمول، موجب شد تا پاول یونگ ورث، شیمیدان آلی از موسسه علوم چک، به استفاده از فلزهای قلیایی روی بیاورد. چنین موادی می‌توانند لایه الکترونی آخر خود را به آسانی آزاد کنند  و خواص رسانایی ناشی از الکترون‌های آزاد را بدون اعمال فشار، برای آب فراهم آورند. اما مشکل اینجاست که چنین فلزهایی به شدت با آب واکنش می‌دهند و حتی می‌توانند مانند ویدیوی زیر، موجب انفجار شوند.

محققان برای حل این مشکل، تصمیم گرفتند به جای اضافه کردن فلز به آب، آب را به فلز اضافه کنند. جهت انجام چنین کاری، از محفظه خلاء استفاده شده است که درون آن نازل کوچکی برای ساخت حبابی از آلیاژ سدیم و پتاسیم در نظر گرفته شده است که در دمای اتاق به حالت مایع وجود دارد. سپس لایه‌ای نازک از آب به صورت بخار روی سطح آن قرار داده می‌شود. پس از تماس آب با فلز، الکترون‌ها و کاتیون‌های فلزی درون آب شناور می‌شوند و جلوه طلایی به آب می‌دهند که اکنون می‌تواند جریان الکتریکی را به راحتی عبور دهد.

تحقیق اخیر می‌تواند به درک بهتر حالت‌های مختلف مواد مخصوصاً آب کمک چشمگیری کند. در منظومه شمسی سیاراتی مانند اورانوس و نپتون وجود دارند که فشار بسیار بالا در آن‌ها موجب می‌شود تا هیدروژن به حالت فلزی خود تبدیل شود؛ اما تنها در سیاره مشتری فشار مورد نیاز برای تبدیل آب به فلز وجود دارد و دستیابی به چنین خواصی در آزمایشگاه، دانشمندان را قادر می‌سازد تا درک صحیح‌تری نسبت به وضعیت سایر سیاره‌های اطرافمان داشته باشند.

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا