محققان آب خالص را به فلز تبدیل کردند+ فیلم

‌می‌متالز - محققان با قرار دادن آب خالص در معرض آلیاژ فلزی قلیایی موفق شدند بدون نیاز به ایجاد شرایط فشار بسیار بالا در آزمایشگاه، آب متالیک یا فلزی شده را که رسانای برق است، تولید کنند. این تحقیق می‌تواند به مطالعه شرایط مشابه در سیارات دیگر نیز کمک کند.

به گزارش می‌متالز، آب خالص یک عایق یا نارسانای تقریبا کامل و بی‌نقص است، البته آبی که در طبیعت یافت می‌شود رسانای برق است، اما این به علت وجود ناخالصی‌های درون آب است که به یون‌های آزاد تبدیل می‌شوند و امکان عبور جریان برق را ایجاد می‌کنند. آب خالص تنها زمانی «متالیک» - رسانای الکتریکی – می‌شود که تحت فشار بسیار شدیدی قرار داشته باشد و تولید چنین فشاری در آزمایشگاه در حال حاضر فراتر از توان است.
اما چنانکه محققان برای اولین بار در سال ۲۰۲۱ نشان دادند، این تنها فشار شدید نیست که می‌تواند حالت فلزی (metallicity) را در آب خالص ایجاد کند. با قرار دادن آب خالص در تماس با یک فلز قلیایی – در این مورد، آلیاژی از سدیم و پتاسیم – ذرات باردار با حرکت آزاد قابل اضافه کردن هستند و این موجب فلزی شدن آب می‌شود. رسانای ایجاد شده تنها چند ثانیه طول می‌کشد، اما این یک گام مهم به سمت شناخت این حالت آب از طریق مطالعه مستقیم آن است.

رابرت سیدل فیزیکدان در این خصوص گفت: با چشم غیر مسلح می‌توان این تغییر فاز به سمت آب متالیک (فلزی) را مشاهده کرذ. قطره سدیم-پتاسیم با یک درخشش طلایی پوشیده می‌شود که بسیار شگفت‌انگیز است.

وی افزود: از لحاظ تئوریک، هر ماده تحت فشار زیاد می‌تواند به یک رسانا تبدیل شود. ایده این مساله آن است که اگر اتم‌ها را کنار هم بفشارید مدار الکترون‌های بیرونی شروع به همپوشانی می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهد که حرکت کنند. برای آب این فشار در حدود ۴۸ «مگابار» است که در حدود ۴۸ میلیون برابر فشار فشار اتمسفری زمین در سطح دریا است.

هر چند فشار‌ها در این حد در آزمایشگاه تولید شده است، اما چنین آزمایش‌هایی برای مطالعه آب فلزی نامناسب است، از این رو یک تیم از محققان به سرپرستی پاول یانگورت از آکادمی علوم جمهوری چک برای آزمایش از فلز‌های قلیایی استفاده کرد.

این مواد الکترون‌های بیرونی خود را به سادگی آزاد می‌کنند که به این معنی است که می‌توانند بدون نیاز به فشار بالا، خصوصیات اشتراک الکترونی آب خالص در فشار بالا را ایجاد کنند، اما یک مشکل وجود داشت و آن اینکه فلزات قلیایی با آب واکنش نشان می‌دهند که در برخی موارد به حد انفجار هم می‌رسد. این تیم تحقیقاتی راه ساده‌ای برای حل این مشکل پیدا کرد. آن‌ها به جای اضافه کردن فلز به آب، آب را به فلز اضافه کردند.

این آزمایش علاوه بر اینکه به دانشمندان شناخت بهتری از این تغییر فاز می‌دهد، این تحقیقات همچنین می‌تواند امکان مطالعه دقیق شرایط فشار بالا در سیارات بزرگ را نیز فراهم کند.

در سیارات یخی منظومه شمسی مانند نپتون و اورانوس تصور می‌شود که هیدروژن، فلزی مایع وجود دارد و تنها در سیاره مشتری است که گمان می‌رود فشار بالای کافی برای فلزی کردن آب خالص وجود دارد. دورنمای قادر بودن برای تکرار و بازسازی شرایط سیارات منظومه شمسی واقعا هیجان آور است.