Nước tinh khiết là chất cách điện gần như hoàn hảo.

Đúng, nước có trong tự nhiên dẫn điện, nhưng đó là do các tạp chất trong đó hòa tan thành các ion tự do cho phép dòng điện chạy qua. Nước tinh khiết trở thành “khoáng chất” – dẫn điện – chỉ ở áp suất cực cao, vượt quá khả năng sản xuất trong phòng thí nghiệm hiện tại của chúng ta.

Tuy nhiên, như các nhà nghiên cứu đã chứng minh lần đầu tiên vào năm 2021, không chỉ áp suất cao mới có thể kích thích khoáng chất này trong nước tinh khiết.

Bằng cách đưa nước tinh khiết tiếp xúc với kim loại kiềm dùng chung electron – trong trường hợp này là hợp kim của natri và kali – các hạt tích điện chuyển động tự do có thể được thêm vào, biến nước thành kim loại.

Độ dẫn điện thu được chỉ tồn tại trong vài giây nhưng đây là một bước quan trọng để có thể hiểu được pha này của nước bằng cách nghiên cứu trực tiếp nó.

“Bạn có thể nhìn thấy giai đoạn chuyển sang dùng nước khoáng bằng mắt thường!” Nhà vật lý Robert Seidel thuộc Trung tâm Vật liệu và Năng lượng Helmholtz Berlin ở Đức giải thích Vào năm 2021 khi nghiên cứu được công bố.

“Giọt natri-kali màu bạc bao phủ mình bằng ánh sáng vàng, rất ấn tượng.”

border-frame=”0″ allow=”gia tốc kế; tự động phát; ghi vào khay nhớ tạm; phương tiện được mã hóa; con quay hồi chuyển; ảnh trong ảnh; chia sẻ trên web”allowfullscreen>

Dưới áp suất đủ cao, về mặt lý thuyết, hầu hết mọi vật liệu đều có thể trở thành chất dẫn điện.

Ý tưởng là nếu bạn ép các nguyên tử lại với nhau đủ chặt thì quỹ đạo của các electron ngoài cùng sẽ bắt đầu chồng lên nhau, cho phép chúng chuyển động. Đối với nước, áp suất này là khoảng 48 megabar, chỉ bằng 48 triệu lần áp suất khí quyển của Trái đất ở mực nước biển.

Trong khi áp suất vượt quá mức này đã được tạo ra trong môi trường phòng thí nghiệm, những thí nghiệm như vậy sẽ không phù hợp để nghiên cứu nước khoáng. Vì vậy, một nhóm các nhà nghiên cứu do nhà hóa học hữu cơ Pavel Jungwirth thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Séc tại Cộng hòa Séc dẫn đầu đã chuyển sang sử dụng kim loại kiềm.

Những vật liệu này giải phóng các electron ngoài cùng của chúng rất dễ dàng, điều đó có nghĩa là chúng có thể tạo ra các đặc tính chia sẻ electron của nước tinh khiết, áp suất cao mà không cần áp suất cao.

Chỉ có một vấn đề: Kim loại kiềm phản ứng mạnh với nước ở dạng lỏng, đôi khi đến mức phát nổ (có… Video thực sự thú vị dưới đây).

Thả kim loại vào nước và bạn sẽ có kaboom.

border-frame=”0″ allow=”gia tốc kế; tự động phát; ghi vào khay nhớ tạm; phương tiện được mã hóa; con quay hồi chuyển; ảnh trong ảnh; chia sẻ trên web”allowfullscreen>

Nhóm nghiên cứu đã tìm ra một cách rất hay để giải quyết vấn đề này. Điều gì sẽ xảy ra nếu nước được thêm vào kim loại thay vì kim loại thêm vào nước?

Trong buồng chân không, nhóm nghiên cứu bắt đầu bằng cách phun một giọt nhỏ hợp kim natri-kali từ vòi, vốn là chất lỏng ở nhiệt độ phòng, sau đó thêm một lớp nước tinh khiết mỏng bằng phương pháp lắng đọng hơi một cách cẩn thận.

Khi tiếp xúc, các electron và cation kim loại (ion tích điện dương) chảy vào nước từ hợp kim.

Điều này không chỉ làm cho nước có ánh vàng mà còn làm cho nước có tính dẫn điện – giống như chúng ta thấy ở nước khoáng tinh khiết ở áp suất cao.

Điều này đã được xác nhận bằng phương pháp quang phổ phản xạ quang học và quang phổ tia X synchrotron.

Hai đặc điểm – ánh vàng và dải dẫn điện – chiếm hai dải tần số khác nhau, cho phép chúng được xác định rõ ràng.

Ngoài việc giúp chúng ta hiểu rõ hơn về quá trình chuyển pha này trên Trái đất, nghiên cứu còn có thể cho phép nghiên cứu kỹ hơn về các điều kiện áp suất cực cao bên trong các hành tinh lớn.

Ví dụ, trong các hành tinh băng giá của hệ mặt trời, Sao Hải Vương và Sao Thiên Vương, hydro kim loại lỏng được cho là quay tròn trong một dòng xoáy. Sao Mộc là hành tinh duy nhất có áp suất được cho là đủ cao để khoáng hóa nước tinh khiết.

Viễn cảnh có thể tái tạo các điều kiện bên trong một hành tinh khổng lồ trong hệ mặt trời của chúng ta thực sự rất thú vị.

“Nghiên cứu của chúng tôi không chỉ cho thấy rằng nước khoáng thực sự có thể được sản xuất trên Trái đất mà còn mô tả đặc tính quang phổ liên quan đến ánh kim loại vàng tuyệt đẹp của nó.” Seidel anh ấy nói.

Nghiên cứu được công bố trên thiên nhiên.

Phiên bản trước của bài viết này đã được xuất bản vào tháng 7 năm 2021.