02.08.2021 - Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Agua detectada como metal en BESSY II

El agua pura es un aislante casi perfecto en condiciones normales. El agua sólo desarrolla propiedades metálicas bajo una presión extrema, como la que existe como mucho en el interior de los grandes planetas. Ahora, una colaboración internacional ha utilizado un enfoque completamente diferente para producir agua metálica y ha documentado la transición de fase en BESSY II. El trabajo se ha publicado en Nature.

Todos los niños saben que el agua conduce la electricidad, pero esto se refiere al agua cotidiana "normal" que contiene sales. En cambio, el agua pura destilada es un aislante casi perfecto. Se compone de moléculas de H2O que están débilmente reticuladas entre sí mediante enlaces de hidrógeno. En el proceso, los electrones de valencia permanecen unidos y no son móviles. Para crear una banda de conducción con electrones libremente móviles, el agua tendría que estar presurizada hasta tal punto que los orbitales de los electrones exteriores se solaparan. Sin embargo, un cálculo muestra que esta presión sólo está presente en el interior de grandes planetas como Júpiter.

Una colaboración internacional de 15 científicos de once instituciones de investigación ha utilizado ahora un enfoque completamente diferente para crear una solución de agua con propiedades metálicas por primera vez y ha documentado esta transición de fase en BESSY II. Para ello, experimentaron con metales alcalinos, que ceden su electrón exterior con mucha facilidad.

Sin embargo, se sabe que la química entre los metales alcalinos y el agua es explosiva. El sodio u otros metales alcalinos empiezan a arder inmediatamente en el agua. Pero el equipo encontró la manera de mantener esta violenta química bajo control: No arrojaron un trozo de metal alcalino al agua, sino que lo hicieron al revés: pusieron un poco de agua sobre una gota de metal alcalino.

Para ello utilizaron una aleación de sodio y potasio, que es líquida a temperatura ambiente. El experimento se realizó en la cámara de muestras de alto vacío SOL³PES en la línea de luz U49/2 de BESSY II. La cámara de muestras contiene una boquilla muy fina de la que gotea la aleación de Na-K líquida. La gota de plata crece durante unos 10 segundos hasta que se desprende de la boquilla. A medida que la gota crece, parte del vapor de agua fluye hacia la cámara de muestras y forma una piel extremadamente fina en la superficie de la gota, una capa de unas pocas capas de moléculas de agua. Casi inmediatamente, los electrones y los iones metálicos migran de la aleación alcalina al agua. Estos electrones migrados se comportan como electrones libres en una banda de conducción.

"¡Se puede ver la transición de fase al agua metálica a simple vista! La gota plateada de sodio-potasio se cubre con un brillo dorado, que es muy impresionante", informa el Dr. Robert Seidel, que supervisó los experimentos en BESSY II. La fina capa de agua metálica de color dorado permanece visible durante unos segundos. Esto permitió al equipo dirigido por el profesor Pavel Jungwirth, de la Academia Checa de Ciencias de Praga, demostrar con análisis espectroscópicos en BESSY II y en el IOCB de Praga que se trata efectivamente de agua en estado metálico.

Las dos huellas digitales decisivas de una fase metálica son la frecuencia del plasmón y la banda de conducción. Los grupos pudieron determinar estas dos cantidades mediante espectroscopia de reflexión óptica y espectroscopia de fotoelectrones de rayos X de sincrotrón: Mientras que la frecuencia del plasmón de la "piel de agua" metálica de color dorado es de unos 2,7 eV (es decir, en el rango azul de la luz visible), la banda de conducción tiene una anchura de unos 1,1 eV con un borde de Fermi pronunciado. "Nuestro estudio no sólo demuestra que el agua metálica puede producirse efectivamente en la Tierra, sino que también caracteriza las propiedades espectroscópicas asociadas a su hermoso brillo metálico dorado", afirma Seidel.

  • Philip E. Mason, H. Christian Schewe, Tillmann Buttersack, Vojtech Kostal, Marco Vitek, Ryan S. McMullen, Hebatallah Ali, Florian Trinter, Chin Lee, Daniel M. Neumark, Stephan Thürmer, Robert Seidel, Bernd Winter, Stephen E. Bradforth, and Pavel Jungwirth; "Spectroscopic Evidence for a Gold-Coloured Metallic Water Solution"; Nature (2021).

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.

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