Českí vedci prvýkrát na Zemi pripravili kovovú vodu, má zlatistú farbu

Čistá voda v laboratórnych podmienkach prakticky nevedie elektrický prúd. Jej vodivosť dosiahneme až následnou úpravou, napríklad pridaním rozpustenej soli. Kovovú vodu, teda vodný roztok, ktorý má rovnaké vlastnosti a vodivosť ako kov, sa doteraz nedarilo v pozemských podmienkach vytvoriť. Dokázal to až medzinárodný tím vedený prof. Pavlom Jungwirthom z Ústavu organickej chémie a biochémie AV ČR. K svetovému úspechu nakoniec prispel úplne netradičný prístup k dlhoročnému problému. Svoje zistenia teraz výskumníci publikovali v odbornom časopise Nature.

Ku kovovej vodivosti čistej vody by mohlo teoreticky dochádzať podľa predpokladu výskumníkov v jadrách veľkých planét, kde vysoký tlak dokáže stlačiť molekuly vody k sebe do tej miery, až sa začnú prekrývať ich elektrónové obaly natoľko, že vznikne tzv. Vodivostný pás. Vyvinúť taký tlak v pozemských podmienkach však v súčasnosti nie je možné. Vedci preto považovali prípravu kovovej vody na Zemi za nemožnú.

Nevšedné riešenie

Tím Pavla Jungwirtha však prišiel s úplne originálnym riešením problému, vďaka ktorému sa podarilo potrebe vysokého tlaku pri príprave kovovej vody úplne vyhnúť. Vedci sa rozhodli dosiahnuť vytvorenie vodivostného pásu nie stlačením molekúl vody k sebe, ale masívnym rozpúšťaním elektrónov uvoľňovaných z alkalického kovu.

Na prvom snímku vidíme čistú kvapku zliatiny sodíka a draslíka, na ďalších je kvapka vystavená pôsobeniu vodnej pary 10-4 mbar. Usadzuje sa na nej vrstvička vody, v ktorej sa rozpúšťajú elektróny uvoľňované z kovu, čím získava zlatý kovový lesk.

Ako opísal nevšedné riešenie problému Pavel Jungwirth: „Je to taký typicky český, možno trochu cimermanovské prístup. Nemusíme vytvárať obrovské tlaky, stačí si kúpiť za desať korún trochu sodíka a ono to tak ide.“

Jeho tím pritom potreboval prekonať hlavnú prekážku spočívajúcu v skutočnosti, že alkalické kovy po pridaní do vody okamžite explodujú. Preto sa vedci rozhodli nepridávať alkalický kov do vody, ale naopak pridávať vodu na kov. Vnútri vákuovej komory vystavili kvapku zliatiny sodíka a draslíka malému množstvo vodnej pary, ktorá začala kondenzovať na jej povrchu. Týmto postupom sa elektróny uvoľňované z alkalického kovu rozpúšťali do vrstvičky vody na jej povrchu rýchlejšie, než prebieha chemická reakcia vedúce k explózii.

Získané množstvo elektrónov pritom bolo dostatočné na prekonanie kritickej hranice pre vytvorenie vodivostného pásu a viedlo tak k vzniku samotného kovového vodného roztoku s rovnakými vlastnosťami ako vykazujú kovy.

Výroba na kolene

Potrebnú aparatúru si výskumníci vyrobili viac menej na kolene v malom pražskom laboratóriu, kde tiež uskutočnili prvé experimenty. Kľúčový dôkaz prítomnosti kovovej vody potom získali pomocou röntgenovej fotoelektronovej spektroskopie na synchrotróne v Berlíne.

Ako opísal chvíle radosti vedúci vedeckého tímu: „Vďaka tomu sa nám na niekoľko sekúnd podarilo vytvoriť tenkú vrstvu zlato sfarbeného kovového vodného roztoku. To nám stačilo na to, aby sme ju mohli nielen uvidieť na vlastné oči, ale aj premerať spektrometre. Keď sme prvýkrát kovovú vodu uvideli, tak všetci začali jasať, nemohli tomu uveriť.“

Štúdia vedcov z Ústavu organickej chémie a biochémie AV ČR a ich kolegov, publikovaná v časopise Nature tak nielen dokazuje, že kovovou vodu je možné pripraviť aj v pozemských podmienkach, ale tiež detailne charakterizuje spektroskopické vlastnosti spojené s jej zlato kovovým leskom.

Viac informácií:

Podcast s Pavlom Jungwirthom o práci jeho vedeckej skupiny

Věda umí být až nemravně krásna