محققان با قرار دادن آب خالص در معرض آلیاژ فلزی قلیایی موفق شدند بدون نیاز به ایجاد شرایط فشار بسیار بالا در آزمایشگاه، آب متالیک یا فلزی شده را که رسانای برق است، تولید کنند. این تحقیق می تواند به مطالعه شرایط مشابه در سیارات دیگر نیز کمک کند.
به گزارش ایرنا از تارنمای ساینس الرت، آب خالص یک عایق یا نارسانای تقریباً کامل و بی نقص است، البته آبی که در طبیعت یافت می شود رسانای برق است ولی این به علت وجود ناخالصی های درون آب است که به یون های آزاد تبدیل می شوند و امکان عبور جریان برق را ایجاد می کنند. آب خالص تنها زمانی «متالیک»- رسانای الکتریکی – می شود که تحت فشار بسیار شدیدی قرار داشته باشد و تولید چنین فشاری در آزمایشگاه در حال حاضر فراتر از توان است.
ولی چنان که محققان برای اولین بار در سال ۲۰۲۱ نشان دادند، این تنها فشار شدید نیست که میتواند حالت فلزی (metallicity) را در آب خالص ایجاد کند. با قرار دادن آب خالص در تماس با یک فلز قلیایی – در این مورد ، آلیاژی از سدیم و پتاسیم – ذرات باردار با حرکت آزاد قابل اضافه کردن هستند و این موجب فلزی شدن آب می شود. رسانای ایجاد شده تنها چند ثانیه طول میکشد ولی این یک گام مهم به سمت شناخت این حالت آب از طریق مطالعه مستقیم آن است.
رابرت سیدل فیزیکدان در این خصوص گفت: با چشم غیر مسلح میتوان این تغییر فاز به سمت آب متالیک (فلزی) را مشاهده کرذ. قطره سدیم- پتاسیم با یک درخشش طلایی پوشیده می شود که بسیار شگفت انگیز است.
او ادامه داد: از لحاظ تئوریک، هر ماده تحت فشار زیاد می تواند به یک رسانا تبدیل شود. ایده این مساله آن است که اگر اتم ها را کنار هم بفشارید مدار الکترون های بیرونی شروع به همپوشانی می کنند و به آنها اجازه می دهد که حرکت کنند. برای آب این فشار در حدود ۴۸« مگابار» است که در حدود ۴۸ میلیون برابر فشار فشار اتمسفری زمین در سطح دریا است.
هر چند فشارها در این حد در آزمایشگاه تولید شده است اما چنین آزمایش هایی برای مطالعه آب فلزی نامناسب است، از این رو یک تیم از محققان به سرپرستی پاول یانگورت از آکادمی علوم جمهوری چک برای آزمایش از فلزهای قلیایی استفاده کرد.
این مواد الکترون های بیرونی خود را به سادگی آزاد می کنند که به این معنی است که می توانند بدون نیاز به فشار بالا، خصوصیات اشتراک الکترونی آب خالص در فشار بالا را ایجاد کنند اما یک مشکل وجود داشت و آن اینکه فلزات قلیایی با آب واکنش نشان می دهند که در برخی موارد به حد انفجار هم می رسد. این تیم تحقیقاتی راه ساده ای برای حل این مشکل پیدا کرد. آن ها به جای اضافه کردن فلز به آب، آب (Water) را به فلز اضافه کردند.
این آزمایش علاوه بر اینکه به دانشمندان شناخت بهتری از این تغییر فاز می دهد، این تحقیقات همچنین میتواند امکان مطالعه دقیق شرایط فشار بالا در سیارات بزرگ را نیز فراهم کند.
در سیارات یخی منظومه شمسی (Solar System) مانند نپتون و اورانوس تصور می شود که هیدروژن، فلزی مایع وجود دارد و تنها در سیاره مشتری است که گمان میرود فشار بالای کافی برای فلزی کردن آب خالص وجود دارد. دورنمای قادر بودن برای تکرار و بازسازی شرایط سیارات منظومه شمسی واقعا هیجان آور است.
- 18
- 6
