Shkencëtarët e shndërruan ujin e pastër në metal

Uji i pastër është një izolues pothuajse i përsosur.

Po, uji që gjendet në natyrë përçon elektricitetin – por kjo është për shkak të papastërtive në të, të cilat treten në jone të lirë që lejojnë një rrymë elektrike të rrjedhë. Uji i pastër bëhet “metalik” – përçues elektronik – vetëm në presione jashtëzakonisht të larta, përtej aftësive tona aktuale për të prodhuar në një laborator.

Por, siç treguan studiuesit për herë të parë në vitin 2021, nuk janë vetëm presionet e larta që mund të nxisin këtë metalizëm në ujin e pastër.

Duke sjellë ujin e pastër në kontakt me një metal alkali që ndan elektron – në këtë rast një aliazh natriumi dhe kaliumi – mund të shtohen grimca të ngarkuara që lëvizin lirshëm, duke e kthyer ujin metalik.

Përçueshmëria që rezulton zgjat vetëm disa sekonda, por është një hap i rëndësishëm drejt aftësisë për të kuptuar këtë fazë të ujit duke e studiuar drejtpërdrejt.

“Ju mund ta shihni kalimin fazor në ujë metalik me sy të lirë!” fizikani Robert Seidel nga Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie në Gjermani shpjegoi vitin e kaluar kur u publikua punimi.

Pika e argjendtë e natriumit-kaliumit mbulohet me një shkëlqim të artë, që është shumë mbresëlënëse.

Nën presione mjaft të larta, pothuajse çdo material teorikisht mund të bëhet përçues.

Ideja është që nëse i shtrydhni atomet së bashku mjaft fort, orbitalet e elektroneve të jashtme do të fillonin të mbivendosen, duke i lejuar ata të lëvizin përreth. Për ujin, ky presion është rreth 48 megabar – pak më pak se 48 milionë herë presioni atmosferik i Tokës në nivelin e detit.

Ndërsa presionet mbi këtë janë krijuar në një mjedis laboratorik, eksperimente të tilla do të ishin të papërshtatshme për studimin e ujit metalik. Kështu që një ekip studiuesish i udhëhequr nga kimisti organik Pavel Jungwirth i Akademisë Çeke të Shkencave në Çeki iu kthye metaleve alkali.

Këto substanca lëshojnë elektronet e tyre të jashtme shumë lehtë, që do të thotë se ato mund të nxisin vetitë e ndarjes së elektroneve të ujit të pastër me presion të lartë pa presione të larta.

Ekziston vetëm një problem: metalet alkali janë shumë reaktivë me ujin e lëngshëm, ndonjëherë edhe deri në pikën e eksplozivitetit (ka një video vërtet interesante më poshtë).

Ekipi hulumtues gjeti një mënyrë shumë të shkëlqyer për të zgjidhur këtë problem. Po sikur, në vend që të shtoni metalin në ujë, uji t’i shtohej metalit?

Në një dhomë vakumi, ekipi filloi duke nxjerrë nga një hundë një copë të vogël aliazh natriumi-kaliumi, e cila është e lëngshme në temperaturën e dhomës dhe shtoi me shumë kujdes një film të hollë uji të pastër duke përdorur depozitimin e avullit.

Pas kontaktit, elektronet dhe kationet metalike (jonet e ngarkuar pozitivisht) rrodhën në ujë nga aliazhi.

Kjo jo vetëm që i dha ujit një shkëlqim të artë, por e ktheu ujin përçues – ashtu siç duhet të shohim në ujin e pastër metalik me presion të lartë.

Kjo u konfirmua duke përdorur spektroskopinë e reflektimit optik dhe spektroskopinë fotoelektronike me rreze X sinkrotron.

Dy vetitë – shkëlqimi i artë dhe brezi përcjellës – zinin dy gamë të ndryshme frekuencash, gjë që i lejoi të dyja të identifikoheshin qartë.

Përveçse na jep një kuptim më të mirë të këtij tranzicioni fazor këtu në Tokë, hulumtimi mund të lejojë gjithashtu një studim të ngushtë të kushteve ekstreme të presionit të lartë brenda planetëve të mëdhenj.

Në planetët e akullit të Sistemit Diellor, Neptunin dhe Uranin, për shembull, hidrogjeni i lëngët metalik mendohet të rrotullohet. Dhe është vetëm Jupiteri në të cilin presionet mendohet të jenë mjaft të larta për të metalizuar ujin e pastër.

Perspektiva për të qenë në gjendje për të përsëritur kushtet brenda kolosit planetar të Sistemit tonë Diellor është me të vërtetë emocionuese.

“Studimi ynë jo vetëm që tregon se uji metalik me të vërtetë mund të prodhohet në Tokë, por gjithashtu karakterizon vetitë spektroskopike të lidhura me shkëlqimin e tij të bukur metalik të artë,” tha Seidel.