Logran producir solución acuosa con propiedades metálicas: agua metálica

Todos los niños saben que el agua conduce la electricidad, pero esto se refiere al agua diaria “normal” que contiene sales.

El agua pura y destilada, por otro lado, es un aislante casi perfecto.

Consiste en moléculas de H₂O que están débilmente unidas entre sí a través de enlaces de hidrógeno.

Los electrones de valencia permanecen ligados y no son móviles.

Para crear una banda de conducción con electrones que se muevan libremente, el agua tendría que estar presurizada hasta el punto de que los orbitales de los electrones externos se superpongan.

Sin embargo, un cálculo muestra que esta presión solo está presente en el núcleo de grandes planetas como Júpiter.

Una colaboración internacional de 15 científicos de once instituciones de investigación ha utilizado ahora un enfoque completamente diferente para producir una solución acuosa con propiedades metálicas por primera vez.

Para ello, experimentaron con metales alcalinos, que liberan 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 comienzan a arder inmediatamente en el agua.

Pero el equipo encontró una manera de mantener bajo control esta química violenta: no arrojaron un trozo de metal alcalino al agua, sino que lo hicieron al revés: pusieron un poco de agua en una gota de metal alcalino, un aleación de sodio y potasio (Na-K), que es líquida a temperatura ambiente.

En BESSY II, establecieron el experimento en la cámara de muestra de alto vacío SOL³PES en la línea de luz U49/2.

La cámara de muestras contiene una boquilla fina de la que gotea la aleación líquida de Na-K.

La gota plateada crece durante unos 10 segundos hasta que se desprende de la boquilla.

A medida que crece la gota, algo de vapor de agua fluye hacia la cámara de muestra y forma una capa extremadamente delgada en la superficie de la gota, solo unas pocas capas de moléculas de agua.

Esto hace que los electrones y los cationes metálicos se disuelvan casi inmediatamente de la aleación alcalina en el agua.

Los electrones liberados en el agua se comportan como electrones libres en una banda de conducción.

“¡Puedes ver la transición de fase a agua metálica a simple vista! La gota plateada de sodio y potasio se cubre con un brillo dorado, lo cual es muy impresionante”, informa el Dr. Robert Seidel, quien 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 Prof. Pavel Jungwirth, Academia Checa de Ciencias, Praga, demostrar con análisis espectroscópicos en BESSY II y en el IOCB en Praga que efectivamente se trata de agua en estado metálico.

Las dos huellas dactilares decisivas de una fase metálica son la frecuencia del plasmón y la banda de conducción.

Los grupos pudieron determinar estas dos cantidades utilizando espectroscopía de reflexión óptica y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X de sincrotrón: mientras que la frecuencia de plasmón de la “piel de agua” metálica de color dorado es de aproximadamente 2,7 eV (es decir, en el rango azul de luz visible) , la banda de conducción tiene un ancho de aproximadamente 1,1 eV con un borde de Fermi agudo.

“Nuestro estudio no solo muestra que el agua metálica sí se puede producir en la Tierra, sino que también caracteriza las propiedades espectroscópicas asociadas con su hermoso brillo metálico dorado“, dice Seidel.

Fuente: EurekAlert