Cientistas transformaram água pura em metal, e há imagens: WebCuriosos

A água pura é um isolante quase perfeito.

Sim, a água encontrada na natureza conduz eletricidade – mas isso se deve às impurezas nela contidas, que se dissolvem em íons livres que permitem o fluxo de uma corrente elétrica. A água pura só se torna “metálica” – eletronicamente condutora – em pressões extremamente altas, além da nossa capacidade atual de produção em laboratório.

Mas, como os investigadores demonstraram pela primeira vez em 2021, não são apenas as altas pressões que podem induzir esta metalicidade na água pura.

Ao colocar a água pura em contato com um metal alcalino que compartilha elétrons – neste caso, uma liga de sódio e potássio – podem ser adicionadas partículas carregadas em movimento livre, tornando a água metálica.

A condutividade resultante dura apenas alguns segundos, mas é um passo significativo para podermos compreender esta fase da água estudando-a diretamente.

“Você pode ver a transição de fase para água metálica a olho nu!” físico Robert Seidel do Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie na Alemanha explicado no ano passado, quando o artigo foi publicado.

“A gota prateada de sódio-potássio cobre-se com um brilho dourado, o que é muito impressionante.”

frameborder=”0″ permitir=”acelerômetro; reprodução automática; gravação na área de transferência; mídia criptografada; giroscópio; imagem em imagem; web-share” referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” permitir tela cheia>

Sob pressões suficientemente altas, praticamente qualquer material poderia, teoricamente, tornar-se condutor.

A ideia é que se você comprimir os átomos com força suficiente, os orbitais dos elétrons externos começariam a se sobrepor, permitindo que eles se movessem. Para a água, esta pressão é de cerca de 48 megabares – pouco menos de 48 milhões de vezes a pressão atmosférica da Terra ao nível do mar.

Embora pressões superiores a isso tenham sido geradas em laboratório, tais experimentos seriam inadequados para o estudo de água metálica. Assim, uma equipe de pesquisadores liderada pelo químico orgânico Pavel Jungwirth, da Academia Tcheca de Ciências da República Tcheca, voltou-se para os metais alcalinos.

Essas substâncias liberam seus elétrons externos com muita facilidade, o que significa que poderiam induzir as propriedades de compartilhamento de elétrons da água pura altamente pressurizada sem as altas pressões.

Só há um problema: os metais alcalinos são altamente reativos com a água líquida, às vezes até ao ponto da explosividade (há um vídeo muito legal abaixo).

Solte o metal na água e você receberá um kaboom.

frameborder=”0″ permitir=”acelerômetro; reprodução automática; gravação na área de transferência; mídia criptografada; giroscópio; imagem em imagem; web-share” referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin” permitir tela cheia>

A equipe de pesquisa encontrou uma maneira muito bacana de resolver esse problema. E se, em vez de adicionar o metal à água, fosse adicionada água ao metal?

Em uma câmara de vácuo, a equipe começou extrusando de um bocal uma pequena gota de liga de sódio-potássio, que é líquida à temperatura ambiente, e adicionou com muito cuidado uma fina película de água pura usando deposição de vapor.

Após o contato, os elétrons e cátions metálicos (íons carregados positivamente) fluíram da liga para a água.

Isto não só deu à água um brilho dourado, como também a tornou condutora – tal como deveríamos ver na água pura metálica a alta pressão.

Isto foi confirmado usando espectroscopia de reflexão óptica e espectroscopia de fotoelétrons de raios X síncrotron.

As duas propriedades – o brilho dourado e a banda condutora – ocupavam duas faixas de frequência diferentes, o que permitiu que ambas fossem claramente identificadas.

Além de nos dar uma melhor compreensão desta transição de fase aqui na Terra, a investigação também poderá permitir um estudo detalhado das condições extremas de alta pressão no interior de grandes planetas.

Nos planetas gelados do Sistema Solar, Netuno e Urano, por exemplo, acredita-se que o hidrogênio metálico líquido gire. E é apenas em Júpiter que se pensa que as pressões são suficientemente altas para metalizar a água pura.

A perspectiva de sermos capazes de replicar as condições dentro do colosso planetário do nosso Sistema Solar é realmente emocionante.

“Nosso estudo não apenas mostra que a água metálica pode de fato ser produzida na Terra, mas também caracteriza as propriedades espectroscópicas associadas ao seu belo brilho metálico dourado”, disse ele. Seidel disse.

A pesquisa foi publicada em Natureza.

Uma versão deste artigo foi publicada pela primeira vez em julho de 2021.