بالفيديو: علماء ينجحون في تحويل الماء النقي إلى معدن
يوصل الماء الموجود في الطبيعة الكهرباء - ولكن هذا بسبب الشوائب الموجودة فيه والتي تذوب إلى أيونات حرة تسمح بتدفق التيار الكهربائي. ويصبح الماء النقي معدنيًا فقط - بمعنى موصل إلكترونيًا - عند ضغوط عالية للغاية، تتجاوز قدراتنا الحالية على الإنتاج في المختبر.
ولكن، كما أظهر الباحثون لأول مرة في عام 2021، ليس الضغط العالي فقط هو الذي يمكن أن يحفز هذا المعدن في الماء النقي. فمن خلال ملامسة الماء النقي بمعادن قلوية تتشارك الإلكترون - في هذه الحالة سبيكة من الصوديوم والبوتاسيوم - يمكن إضافة جسيمات مشحونة تتحرك بحرية، مما يحول الماء إلى معدن.
خطوة مهمة نحو القدرة على فهم هذه المرحلة من الماء
ولا يستمر التوصيل الناتج سوى بضع ثوانٍ، ولكنه خطوة مهمة نحو القدرة على فهم هذه المرحلة من الماء من خلال دراستها مباشرة.
وقال الفيزيائي روبرت سيدل، من مركز هلمهولتز-برلين للمواد والطاقة في ألمانيا في عام 2021، عند نشر البحث: «يمكنك رؤية انتقال الطور إلى الماء المعدني بالعين المجردة».
وأضاف: «قطرة الصوديوم والبوتاسيوم الفضية تغطي نفسها بوهج ذهبي، وهو أمر مثير للإعجاب حقًا».
وتحت ضغط مرتفع بما فيه الكفاية، يمكن لأي مادة تقريبًا أن تصبح موصلة نظريًا. الفكرة هي أنه إذا ضغطت الذرات معًا بقوة كافية، فإن مدارات الإلكترونات الخارجية ستبدأ في التداخل، مما يسمح لها بالتحرك. بالنسبة للماء، يبلغ هذا الضغط حوالي 48 ميجابار - أي أقل بقليل من 48 مليون مرة من ضغط الغلاف الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر.
مثل هذه التجارب لن تكون مناسبة لدراسة الماء المعدني
في حين تم توليد ضغوط تتجاوز هذا في إعدادات المختبر، فإن مثل هذه التجارب لن تكون مناسبة لدراسة الماء المعدني. لذلك لجأ فريق من الباحثين بقيادة الكيميائي العضوي بافل جونغويرث من الأكاديمية التشيكية للعلوم في جمهورية التشيك إلى المعادن القلوية.
تطلق هذه المواد إلكتروناتها الخارجية بسهولة شديدة، مما يعني أنها يمكن أن تحفز خصائص تبادل الإلكترون في الماء النقي عالي الضغط دون ضغوط عالية.
هناك مشكلة واحدة فقط: المعادن القلوية شديدة التفاعل مع الماء السائل، وأحيانًا حتى إلى حد الانفجار (هناك مقطع فيديو رائع أدناه).
أسقط المعدن في الماء وستحصل على انفجار
وجد فريق البحث طريقة ذكية للغاية لحل هذه المشكلة. ماذا لو أضفنا الماء إلى المعدن بدلاً من إضافة المعدن إلى الماء؟
في غرفة مفرغة، بدأ الفريق أولاً باستخراج كتلة صغيرة من سبيكة الصوديوم والبوتاسيوم من فوهة، وهي سائلة في درجة حرارة الغرفة، وأضاف بعناية شديدة غشاءً رقيقًا من الماء النقي باستخدام ترسيب البخار.
عند التلامس، تدفقت الإلكترونات والأيونات المعدنية (ذات الشحنة الموجبة) إلى الماء من السبائك. وهذا لم يمنح الماء لمعانًا ذهبيًا فحسب، بل جعله موصلًا أيضًا - تمامًا كما ينبغي أن نراه في الماء النقي المعدني عند ضغط عالٍ.
تم تأكيد ذلك باستخدام مطيافية الانعكاس البصري ومطيافية فوتوإلكترونية بالأشعة السينية، واحتلت الخاصيتان - البريق الذهبي وشريط التوصيل - نطاقين تردديين مختلفين، مما سمح بتحديد كل منهما بوضوح.
اقرأ أيضا:
حقيقة علمية وسيناريو تخيلي.. الأعشاب البحرية تنقذ البشر من الجوع أثناء الشتاء النووي
إضافة إلى منحنا فهمًا أفضل لهذا التحول الطوري هنا على الأرض، يمكن أن يسمح البحث أيضًا بدراسة دقيقة لظروف الضغط العالي الشديد داخل الكواكب الكبيرة.
