U normalnim uvjetima čista voda gotovo je savršen izolator. Voda samo pod ekstremnim pritiskom razvija metalna svojstva, poput onih koja postoje duboko u velikim planetima. Sada je međunarodna suradnja koristila potpuno drugačiji pristup za proizvodnju metalne vode i dokumentirala fazni prijelaz na BESSY II. Studija je objavljena u časopisu Nature.

Eksperimenti s alkalnim metalima

Svako dijete zna da voda provodi električnu struju. No to se odnosi na "normalnu" svakodnevnu vodu koja sadrži soli. Čista, destilirana voda, s druge strane, gotovo je savršen izolator. Sastoji se od molekula H2O koje su međusobno labavo povezane vodikovim vezama. Valentni elektroni ostaju vezani i nisu pokretni. 

Da bi se stvorila zona vodljivosti s elektronima koji se slobodno kreću, voda bi morala biti pod tlakom do te mjere da se orbitale vanjskih elektrona preklapaju. Međutim, proračun pokazuje da je ovaj tlak prisutan samo u jezgri velikih planeta poput Jupitera.

Međunarodna suradnja 15 znanstvenika iz jedanaest istraživačkih institucija sada je koristila potpuno drugačiji pristup za proizvodnju vodene otopine s metalnim svojstvima po prvi put i dokumentirala ovaj fazni prijelaz na BESSY II. Da bi to učinili, eksperimentirali su s alkalnim metalima, koji vrlo lako oslobađaju svoj vanjski elektron.

Eksplozivna kemija

Kemija između alkalnih metala i vode prilično je eksplozivna. Natrij ili drugi alkalni metali odmah počinju gorjeti u vodi. No, istraživači su pronašli način da ovu nasilnu kemiju drži pod kontrolom: nisu bacili komad alkalnog metala u vodu, već su učinili obrnuto: stavili su sićušnu količinu vode na kap alkalnog metala, slitinu natrij-kalij (Na-K) koja je tekuća na sobnoj temperaturi.

Eksperiment u BESSY II

BESSY II je sinhrotronski izvor zračenja treće generacije koji proizvodi iznimno jako svjetlo X-zraka. To je univerzalni alat za proučavanje beskrajne raznolikosti uzoraka, na primjer solarnih ćelija, materijala za proizvodnju solarnog vodika i kvantnih materijala. Proteini se mogu proučavati za razvoj novih lijekova, a meteoriti i arheološki nalazi mogu se istraživati pomoću mekog rendgenskog svjetla iz BESSY II.

Istraživači su eksperiment postavili u komori za uzorkovanje visokog vakuuma SOL³PES na liniji snopa U49/2. Komora za uzorak sadrži finu mlaznicu iz koje kaplje tekuća legura Na-K. Srebrna kapljica raste oko 10 sekundi dok se ne odvoji od mlaznice. 

Kako kapljica raste, vodena para teče u komoru za uzorak i tvori iznimno tanki film na površini kapljice od nekoliko slojeva molekula vode. To gotovo odmah uzrokuje otapanje elektrona, kao i metalnih kationa iz alkalne legure u vodi. Oslobođeni elektroni u vodi ponašaju se kao slobodni elektroni u zoni vodljivosti.

Tragovi metalne faze

"Golim okom možete vidjeti fazni prijelaz u metalnu vodu. Srebrnasta kapljica natrij-kalija prekriva se zlatnim sjajem, što je vrlo impresivno", objašnjava dr. Robert Seidel, koji je nadzirao pokuse na BESSY II. Tanak sloj metalne vode zlatne boje ostaje vidljiv nekoliko sekundi. To je timu pod vodstvom prof. Pavela Jungwirtha s Češke akademije znanosti u Pragu omogućilo da spektroskopskim analizama dokaže kako je doista riječ o vodi u metalnom stanju.

Dva odlučujuća "otiska prsta" metalne faze su frekvencija plazmona i zona vodljivosti. Skupine su mogle odrediti ove dvije veličine pomoću optičke refleksivne spektroskopije i sinkrotronske rendgenske fotoelektronske spektroskopije. Dok je frekvencija plazmona zlatne, metalne "vodene kože" oko 2,7 eV (u plavom rasponu vidljive svjetlosti), vodljivi pojas ima širinu oko 1,1 eV s oštrim Fermijevim rubom. 

"Naša studija ne samo da pokazuje da se metalna voda doista može proizvesti na Zemlji, već također karakterizira i spektroskopska svojstva povezana s njezinim prekrasnim zlatnim metalnim sjajem", kaže Seidel.

Ostaje nejasno jesu potencijalne primjene takve tehnologije. Za što bi se mogla koristiti i gdje bismo od toga mogli imati koristi?